Manual do Professor APRESENTAÇÃO O livro do aluno Esta é uma coleção em três volumes para a disciplina de Química no ensino médio. O volume 1 aborda Química Geral e Inorgânica, o volume 2 trata da Físico-química e o volume 3, da Química Orgânica. Em cada volume, há certa flexibilidade quanto à ordem dos capítulos. Respeitando o encadeamento de pré-requisitos, cada professor poderá adotar a seqüência que sua experiência em sala de aula e seu conhecimento da realidade local indicarem. Como subsídio para essa escolha, considerando que alguns capítulos contêm pré-requisitos para outros, é fornecido, na página seguinte, um dos possíveis mapas de conceitos tratados neste volume. Em termos de estrutura dos capítulos, cada um se inicia com uma fotografia e com o Comentário preliminar, texto-organizador que menciona a relação entre o que será estudado no capítulo e conhecimentos prévios e/ou a relação do tema com outras partes da Química. Após essa abertura, segue-se a seção Motivação, que emprega, por exemplo, texto jornalístico, fotografia, experimento ou situação-problema para despertar a curiosidade do estudante para o que será trabalhado, em seguida, na seção Desenvolvendo o tema. Os quadros Em destaque contêm textos que pretendem ilustrar princípios vistos, oferecer informações complementares ou comentar aplicações da Química na compreensão de fatos do diaa-dia. Os quadros que aparecem nas laterais de algumas páginas, por sua vez, sugerem atividades para a aplicação de princípios estudados ou a reflexão sobre aspectos referentes a eles. As Questões para fixação aparecem ao longo dos capítulos e têm por finalidade colocar em prática os conceitos estudados. Optou-se por não colocar testes de múltipla escolha nessa seção. Ao final de cada capítulo, a série intitulada Exercícios sobre todo o capítulo contém questões dissertativas e testes de múltipla escolha de vestibulares de diversas regiões do país, incluindo alguns exercícios que relacionam diferentes partes da disciplina. As respostas das Questões para fixação e dos Exercícios sobre todo o capítulo aparecem no final do livro do aluno. Ao final do estudo com os três volumes, espera-se que o estudante adquira uma noção do campo de atuação da Química, de seu caráter científico e tecnológico, de algumas de suas aplicações e implicações. O manual do professor Para cada capítulo do livro do aluno há um capítulo correspondente no manual do professor, que se inicia com uma relação de conteúdos conceituais apresentados no livro e também de conteúdos procedimentais e atitudinais que podem ser trabalhados. Ao longo do manual também há: • comentários sobre os capítulos; • notas sobre a etimologia de termos científicos; • textos dirigidos ao professor; • propostas de atividades adicionais e • sugestões bibliográficas. No final do manual, são apresentadas as resoluções comentadas de alguns testes e questões selecionados. Um possível mapa conceitual do volume 3 QUÍMICA Substâncias químicas estuda as estuda as Importante: Este mapa é apenas uma das muitas possibilidades de relacionar os conteúdos conceituais do volume. Reações químicas cada qual pode estar formada por podem participar da composição de uma Átomos de Pura pode ser entre outras propriedades periódicas, apresentam Mistura por exemplo Petróleo (capítulo 2) fonte de Elementos químicos unem-se por meio de Orgânica (capítulo 1) por exemplo Hidrocarbonetos (capítulo 2) Ligação química interatômica um tipo é a Eletronegatividade (capítulo 4) pertence a uma ou mais de uma nomeada segundo possui pode ter Covalente presente em Classe funcional (capítulo 3) Cadeia carbônica (capítulo 1) Regras de nomenclatura (capítulos 2, 3) Nome trivial (capítulos 2, 3) Moléculas apresentam podem apresentar ajuda a explicar a caracterizada por normatizadas pela freqüentemente tem às vezes aceito pela Geometria molecular (capítulo 4) Polaridade (capítulo 4) Grupo funcional (capítulo 3) alguns dos quais podem dar à substância Iupac (capítulos 2, 3) Isômeros (capítulo 5) Interações intermoleculares (capítulo 4) podem ser Caráter ácido (capítulo 7) Caráter básico (capítulo 7) Constitucionais (capítulo 5) Espaciais (capítulo 5) por exemplo Substituição (capítulo 6) Adição (capítulo 6) Oxidação (capítulo 8) Desidratação (capítulo 8) Esterificação (capítulo 8) por exemplo como várias das pode ser obtida de vários Polímeros sintéticos (capítulo 9) Substâncias presentes nos seres vivos (capítulo 10) por exemplo Recursos naturais (capítulos 2, 11) Lipídios (capítulo 10) Proteínas (capítulo 10) Carboidratos (capítulo 10) Ácidos nucléicos (capítulo 10) SUMÁRIO SUBSÍDIOS DIDÁTICOS Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo 1 – Introdução à Química dos compostos de carbono, 7 2 – Hidrocarbonetos, 8 3 – As principais classes funcionais de compostos orgânicos, 11 4 – Interações intermoleculares na Química Orgânica, 13 5 – Isômeros, 15 6 – Reações de substituição e reações de adição, 16 7 – Noções de acidez e de basicidade em compostos orgânicos, 18 8 – Óxido-redução, desidratação e esterificação, 19 9 – Polímeros sintéticos, 22 Capítulo 10 – Noções sobre alguns compostos presentes em seres vivos, 25 Capítulo 11 – A Química Orgânica e o ambiente, 37 RESOLUÇÕES Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo 1 – Introdução à Química dos compostos de carbono, 39 2 – Hidrocarbonetos, 39 3 – As principais classes funcionais de compostos orgânicos, 41 4 – Interações intermoleculares na Química Orgânica, 43 5 – Isômeros, 46 6 – Reações de substituição e reações de adição, 50 7 – Noções de acidez e de basicidade em compostos orgânicos, 53 8 – Óxido-redução, desidratação e esterificação, 55 9 – Polímeros sintéticos, 60 Capítulo 10 – Noções sobre alguns compostos presentes em seres vivos, 61 Capítulo 11 – A Química Orgânica e o ambiente, 63 SUBSÍDIOS DIDÁTICOS Capítulo 1 Principais conteúdos* conceituais do capítulo • Breve histórico da Química Orgânica • Benzeno e sua representação • Fórmula estrutural de compostos orgânicos • Conceito de cadeia carbônica • Conceito de heteroátomo • Classificação de uma cadeia carbônica • Exemplos de modelos moleculares tipo “esfera e vareta” de alguns compostos orgânicos Introdução à Química dos compostos de carbono Conteúdos procedimentais que podem ser desenvolvidos • Representar a cadeia carbônica de um composto orgânico a partir da observação de sua fórmula estrutural. • Elaborar a classificação de uma cadeia carbônica. • Apresentar, em nível introdutório, a capacidade de interpretar um modelo molecular do tipo “esfera e vareta” e ser capaz de, a partir dele, elaborar uma fórmula estrutural. Conteúdos atitudinais que podem ser desenvolvidos • Valorizar os progressos da Ciência e suas aplicações como agentes do bem-estar humano. • Não se automedicar. • Valorizar o autocuidado com a saúde. Comentário geral Este é o capítulo que introduz conceitos fundamentais da Química Orgânica. Escolheu-se como tema motivador para a abertura o medicamento ácido acetilsalicílico, conhecido por seus aspectos positivos e negativos. O que é proposto em Tema para discussão em grupo e em Atividade, mais à frente neste capítulo do manual, permite trabalhar em maior profundidade a importância da Química Orgânica na Farmacologia. O item 2 conceitua “compostos orgânicos” e “Química Orgânica”. O breve apanhado de aspectos históricos que aparece no item 3 tem como objetivo principal mostrar que essas expressões — “compostos orgânicos” e “Química Orgânica” — têm hoje uma conotação distinta daquela que possuíam quando de seu surgimento. Os itens 4 a 8 trabalham aspectos fundamentais referentes às fórmulas de compostos orgânicos e às cadeias carbônicas. É preciso atenção ao transmitir o conceito de heteroátomo (apresentado no item 5 do capítulo, antes do conceito de cadeia carbônica). Há quem considere heteroátomo qualquer átomo que não seja de carbono, mas que esteja entre carbonos na cadeia carbônica de um composto orgânico. Nessa concepção, o oxigênio de uma hidroxila ou de uma carbonila não são heteroátomos, mas o de um grupo éter é. Ainda nessa concepção, a simples existência de um heteroátomo numa molécula orgânica faz com que sua cadeia carbônica seja considerada heterogênea. Há, por outro lado, quem considere que heteroátomo é qualquer átomo presente em uma molécula orgânica que não seja carbono ou hidrogênio. Nessa concepção, o oxigênio de uma hidroxila, de uma carbonila ou de um grupo éter são todos heteroátomos. Ainda nessa concepção, uma cadeia carbônica é heterogênea se ela incluir um ou mais heteroátomos. Assim, por exemplo, o heteroátomo oxigênio de uma hidroxila ou de uma carbonila, por não estarem entre dois carbonos, não fazem parte da cadeia. Já o heteroátomo oxigênio de um grupo éter faz parte da cadeia que, por isso, é heterogênea. A leitura das recomendações 1993 da Iupac revela que a segunda concepção é a empregada pela entidade.** Isso é confirmado por outras referências recentes.*** Para o professor que desejar compreender melhor os aspectos pedagógicos envolvidos na classificação dos conteúdos escolares em conceituais, procedimentais e atitudinais, recomendamos a obra: COLL, C. et al. Os conteúdos na reforma: ensino e aprendizagem de conceitos, procedimentos e atitudes. Tradução de Beatriz Affonso Neves. Revisão técnica de Maria Thereza Oliva Marálio de Souza. Porto Alegre: Artmed, 1998. ** PANICO, R.; POWELL, W. H.; RICHER, J.-C. A guide to IUPAC nomenclature of organic compounds. Recommendations 1993. Cambridge: Blackwell Science, 1993. *** Por exemplo: CAREY, F. A. Organic Chemistry. 4. ed. New York: MacGraw-Hill, 2000. p. G-12; ou VOLLHARDT, K. P. C. Organic Chemistry: structure and function. 3. ed. New York: Freeman, 1999. p. 344. * Origem dos termos científicos • “Anestesia” vem do grego an, não, e aisthesia, percepção pelos sentidos, sensação. • “Analgesia” (de onde deriva a palavra “analgésico”) vem do grego an, não, e algesis, sensação de dor. estrutura de um medicamento não é suficiente para que se possam deduzir quais são suas vantagens ou seus efeitos colaterais, às vezes fatais. Conhecer os riscos da automedicação é fundamental para a qualidade de vida e, conseqüentemente, para o exercício da cidadania. Tema para discussão em grupo • “Determinada empresa é a única que possui o know-how e a patente para produzir o medicamento que trata de determinada doença. É justo que essa empresa estipule o preço pelo qual o produto será vendido? É justo que o governo fixe o preço? O governo deve comprar esse produto e distribuí-lo à população?” Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc BARREIRO, E. J. Sobre a Química dos remédios, dos fármacos e dos medicamentos. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, n. 3, 2001. p. 4-9. O autor apresenta uma série de informações sobre a atuação dos fármacos e também alguns dados sobre lançamentos recentes da indústria farmacêutica. MENEGATTI, R.; FRAGA, C. A. M.; BARREIRO, E. J. A importância da síntese de fármacos. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, n. 3, 2001. p. 16-22. A maioria dos fármacos empregados no mundo é sintética. Os autores discutem aspectos históricos da síntese de fármacos desde o ácido acetilsalicílico, primeiro fármaco sintético, até um dos exemplos mais recentes, o sildenafil. SIMMONS, J. Os 100 maiores cientistas da história. Tradução de Antonio Canavarro Pereira. 2. ed. Rio de Janeiro: Difel, 2002. O capítulo 43 apresenta a biografia de Kekulé. Atividade Elaborar o texto para um comercial de rádio (de 30 segundos) falando sobre os riscos da prática denominada automedicação. Uma atividade desse tipo ajuda a desenvolver várias capacidades, tais como produzir um texto claro, com linguagem simples e direta. A exposição em público, que provoca um comprometimento maior com a atividade, permite desenvolver a habilidade de falar em público e atitudes inerentes a essa prática, bem como propicia comentários sobre os acertos e erros presentes nos textos produzidos. A atividade envolvendo automedicação é oportuna, pois o capítulo apresenta algumas estruturas de medicamentos. E apenas conhecer a Capítulo 2 Principais conteúdos conceituais do capítulo • Noções sobre a composição do petróleo e seu aproveitamento como fonte de combustíveis e de matérias-primas • Subdivisões dos hidrocarbonetos • Estrutura e nome dos principais grupos orgânicos substituintes • Conceito de cadeia principal e sua comparação com o conceito de cadeia carbônica • Nomenclatura dos hidrocarbonetos de acordo com as regras Iupac Hidrocarbonetos Conteúdos procedimentais que podem ser desenvolvidos • Equacionar a combustão de um hidrocarboneto. • Nomear os casos mais relevantes de hidrocarbonetos de acordo com as regras mais recentes da União Internacional de Química Pura e Aplicada (Iupac). • Classificar os carbonos de uma estrutura em primários, secundários etc. Conteúdos atitudinais que podem ser desenvolvidos • Prestar atenção aos rótulos de produtos industrializados. • Valorizar os progressos da Ciência e suas aplicações como agentes do bem-estar humano. • Perceber que muito do conforto da vida moderna se deve a progressos da Química. • Ter uma postura crítica diante dos usos do petróleo. Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Comentário geral Este capítulo prossegue na introdução de conceitos fundamentais da Química Orgânica. Apenas a nomenclatura e a estrutura dos hidrocarbonetos é apresentada. O petróleo é o tema gerador para chegar aos hidrocarbonetos, sua importância, suas subclasses mais significativas, sua nomenclatura e sua participação nas reações de combustão. O capítulo 3 prosseguirá com as noções fundamentais da Química Orgânica, apresentando outras classes funcionais de interesse e sua nomenclatura. A obra apresenta a nomenclatura de Química Orgânica de acordo com as mais recentes determinações da Iupac e da SBQ. Em 1993, a Iupac publicou um novo conjunto de recomendações,* que faz pequenas alterações nas regras anteriores, de 1979. Em maio de 2001, a revista Química Nova na Escola publicou um artigo do representante da Sociedade Brasileira de Química (SBQ) junto à Iupac para assuntos de nomenclatura orgânica, que versa sobre a adaptação das recomendações de 1993 ao idioma português, adaptação decorrente de um acordo celebrado com representantes da Sociedade Portuguesa de Química, e que vale portanto para Brasil e Portugal. Em setembro de 2002, foi publicada a íntegra da tradução dessas recomendações.** Assim sendo, ao elaborar esta obra, baseamo-nos nas recomendações de 1993 e na tradução da SBQ 2002. Há alterações na nomenclatura envolvida no ensino médio decorrentes das novas recomendações Iupac. Algumas das mais significativas dizem respeito à colocação, no nome, dos locantes ou localizadores (números que localizam) de insaturações duplas e triplas e de grupos funcionais das classes álcool e cetona. Agora, os locantes são sempre colocados imediatamente antes dos elementos cuja localização indicam, o que significa que, nos casos citados, tais números devem ser colocados no meio do nome. Veja exemplos: Anteriormente (1979) 1-buteno 2-pentino 1-propanol 2-pentanona Atualmente (1993/2002) but-1-eno pent-2-ino propan-1-ol pentan-2-ona Uma outra alteração digna de nota decorrente das recomendações atuais, diz respeito à nomenclatura de classe funcional de cetonas e de éteres, conforme o professor poderá perceber nas páginas 54 e 58 do livro. Veja exemplos: Anteriormente (1979) Éter metil-propílico Metil-propil-cetona Atualmente (1993/2002) Éter metílico e propílico Cetona metílica e propílica Toda forma de nomenclatura é um instrumento a serviço de quem estuda certa área do conhecimento humano ou nela trabalha, e jamais se pode transformar num fim em si mesma. Priorizar polêmicas e controvérsias referentes às sistemáticas de nomenclatura é pouco produtivo. Nesta obra, procuramos aplicar as terminologias mais atuais e, por isso, foram usados preferencialmente os termos classe funcional (em vez de “função orgânica”) e isômeros constitucionais (em vez de “isômeros planos”). O conceito de heteroátomo foi empregado conforme comentado neste manual, no capítulo anterior, e preferiu-se o emprego do termo trivial (em vez do termo “usual”) para aqueles nomes não sistemáticos, sejam eles aceitos ou não pela Iupac. Com isso, evita-se a confusão que existe com o adjetivo “usual”, já que há quem o utilize também para designar as sistemáticas de nomenclatura de classe funcional (de fato, bastante usadas e portanto muito “usuais”). Nomenclatura de classe funcional é um termo moderno e, como foi dito anteriormente, a Iupac reconhece muitas sistemáticas desse tipo como alternativas a outra(s) sistemática(s) também aceita(s) pela entidade. Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Origem dos termos científicos • A palavra “petróleo” vem do grego petra, pedra, e oleum, óleo. É o “óleo que vem da pedra”, numa alusão ao fato de ele ser encontrado no subsolo. Texto ao professor UMA BREVE HISTÓRIA DA NOMENCLATURA ORGÂNICA SISTEMÁTICA O primeiro sistema formal de nomenclatura química bem-sucedido foi levado adiante na França em 1787 para substituir a torre de babel de nomes comuns que atormentavam a Ciência. Hidrogênio (em vez de “ar inflamável”) e oxigênio (em vez de “ar vital”) são apenas duas das substâncias que receberam seus nomes modernos nas propostas descritas no Méthode de nomenclature chimique. Foi então que compostos como ácido sulfúrico, fosfórico e carbônico e seus sais foram nomeados. As linhas gerais eram mais apropriadas para compostos inorgânicos; não foi antes da década de 1830 que nomes que refletem a composição química começaram a aparecer na Química Orgânica. Em 1889, um grupo intitulado Comissão Internacional para a Reforma da Nomenclatura Química foi organizado, e esse grupo, por sua vez, patrocinou um encontro de 34 proeminentes químicos europeus na Suíça em 1892. Desse encontro surgiu um sistema de nomenclatura orgânica conhecido como regras de Genebra. Os princípios nos quais as regras de Genebra foram baseadas são os fundamentos do nosso sistema atual. Sobre essas alterações, veja as páginas 28, 45 e 49 do livro do aluno. Essa alteração, embora torne os nomes mais difíceis de ler, é bastante lógica, pois em casos mais complexos do que aqueles estudados no ensino médio, em que há, por exemplo, a presença de insaturações e grupos funcionais álcool ou cetona, o nome se torna muito mais fácil de interpretar sem ambigüidades. Assim temos, a título de ilustração, hex-4-en-2-ona (insaturação dupla entre C4 e C5, grupo carbonila em C2) e pent-2-en-1-ol (insaturação dupla entre C2 e C3, hidroxila ligada a C1). Uma vez que em diversas situações a Iupac aceita mais de uma forma de dar nome, esta obra salienta que os membros de algumas classes funcionais podem ser denominados por mais de uma sistemática de nomenclatura. Para algumas classes funcionais, existe uma sistemática que a Iupac denomina nomenclatura de classe funcional. No livro, são apresentadas ao estudante as nomenclaturas de classe funcional mais relevantes, que são as de álcoois (p. 53), de cetonas (p. 54), de éteres (p. 58) e de haletos orgânicos (p. 54). * PANICO, R.; POWELL, W. H.; RICHER, J.-C. A guide to IUPAC nomenclature of organic compounds. Recommendations 1993. Cambridge: Blackwell Science, 1993. Correções publicadas em Pure and Applied Chemistry, v. 71, n. 7, 1999. p. 1327-1330. ** PANICO, R.; POWELL, W. H.; RICHER, J.-C. Guia IUPAC para a nomenclatura de compostos orgânicos: tradução portuguesa nas variantes européia e brasileira. Tradução de Ana Cristina Fernandes, Bernardo Herold, Hernâni Maia, Amélia Pilar Rauter e José Augusto Rosário Rodrigues. Lisboa: Lidel, 2002. Uma segunda conferência internacional aconteceu em 1911, mas o irromper da Primeira Guerra Mundial impediu qualquer revisão substantiva das regras de Genebra. A União Internacional de Química foi estabelecida em 1930 e realizou a necessária revisão que conduziu à publicação em 1930 do que ficou conhecido como as regras de Liège. Após a Segunda Guerra Mundial, a União Internacional de Química passou a ser a União Internacional de Química Pura e Aplicada (conhecida na comunidade química como Iupac). Desde 1949, a Iupac tem publicado relatórios sobre nomenclatura química regularmente. As regras Iupac mais recentes foram publicadas em 1993. As regras Iupac freqüentemente oferecem vários modos diferentes de nomear um único composto. Portanto, embora seja verdadeiro que dois compostos distintos nunca possuam o mesmo nome, é incorreto acreditar que há um único nome Iupac para um composto particular. As recomendações da Iupac de 1993 e suas [...] predecessoras de 1979 podem ambas ser encontradas no site da internet: www.acdlabs.com/iupac/nomenclature As regras da Iupac não são o único sistema de nomenclatura em uso atualmente. O Chemical Abstracts Service examina todos os principais jornais científicos mundiais que publicam artigos relacionados à Química e publica breves resenhas desses artigos. A publicação Chemical Abstracts e seus índices são essenciais para a prática da Química. Por muitos anos a nomenclatura do Chemical Abstracts foi muito semelhante à nomenclatura Iupac, mas a tremenda explosão de conhecimento químico nos anos recentes fez com que o Chemical Abstracts modificasse sua nomenclatura para que os índices fossem mais bem adaptados à busca por computador. Isso significa que, sempre que possível, um composto deve ter um único nome no Chemical Abstracts. Infelizmente, esse nome no Chemical Abstracts pode ser diferente de qualquer um dos vários nomes Iupac. Em geral é mais fácil fazer uma correlação mental entre uma estrutura e seu nome Iupac do que com seu nome no Chemical Abstracts. É importante notar que o nome genérico de uma droga não é diretamente derivado da nomenclatura sistemática. Além disso, diferentes companhias farmacêuticas irão chamar uma mesma droga por seus próprios nomes comerciais, que é geralmente diferente de seu nome genérico. [...]. Fonte: CAREY, F. A. Organic Chemistry. 4. ed. New York: MacGraw-Hill, 2000. p. 63. (Tradução nossa.) O autor discute inúmeros aspectos referentes à causa dos incêndios, aos diferentes tipos de fogos, à prevenção de incêndios e à sua extinção. CUNHA, S.; BERETTA, M.; FASCIO, M.; SANTOS, A. O.; RODRIGUES JÚNIOR, M. T.; BASTOS, R. M. Craqueamento térmico de alcanos: uma aula prática de Química Orgânica para a graduação. Química Nova, v. 28, n. 2, 2005. p. 364-366. Artigo dirigido ao ensino universitário, no qual se encontra uma proposta de mecanismo para o craqueamento térmico do octano. DAZZANI, M.; CORREIA, P. R. M.; OLIVEIRA, P. V.; MARCONDES, M. E. Explorando a Química na determinação do teor de álcool na gasolina. Química Nova na Escola, n. 17, 2003. p. 42-45. Os autores propõem uma atividade experimental na qual o teor de álcool na gasolina é determinado por dois modos diferentes. A comparação dos resultados com os valores expressos na legislação permite abordar a necessidade e a importância dos métodos de análise química quantitativa. O artigo também apresenta algumas questões para discussão após a realização do experimento. EVANS, J. (tradução e adaptação de Romeu C. Rocha-Filho) Monóxido de carbono, mais do que somente um gás letal! Química Nova na Escola, n. 9, 1999. p. 3-5. JARDIM, W. F. A evolução da atmosfera terrestre. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, n. 1, 2001. p. 5-8. Artigo que discute a variação da composição da atmosfera terrestre ao longo do tempo e a relação disso com o aparecimento e o desenvolvimento da vida. O autor comenta o fato de o efeito estufa, bem dosado, ser fundamental para a vida na Terra pois, sem ele, a temperatura média do planeta seria inferior a –15°C. O problema está na intensificação do efeito estufa pelas emissões de gás carbônico resultantes de atividades humanas. NEIVA, J. Conheça o petróleo. 6. ed. Rio de Janeiro, Expressão e Cultura, 1993. A autora trata do tema petróleo desde seu uso na Antiguidade até aspectos referentes a prospecção, perfuração, refinação, composição das frações e aproveitamento na indústria petroquímica. RODRIGUES, J. A. R. Recomendações da Iupac para a nomenclatura de moléculas orgânicas. Química Nova na Escola, n. 13, 2001. p. 22-28. (Veja também errata no n. 14, p. 46.) Nesse artigo, o representante da Sociedade Brasileira de Química (SBQ) junto à Iupac para assuntos de nomenclatura de Química Orgânica, resume as principais regras da Iupac, segundo a versão mais recente (que data de 1993) que foi traduzida do original inglês à luz de um acordo celebrado com representantes da Sociedade Portuguesa de Química. A adaptação anterior das regras para o idioma português constava do livro de Alencastro e Mano (1987) e tratava da versão anterior das regras (datada de 1979). SHREVE, R. N.; BRINK, J. A. Indústrias de processos químicos. 4. ed. Rio de Janeiro, Guanabara Dois, 1977. Livro universitário que apresenta os principais processos químicos utilizados em indústrias. É útil como fonte de consulta sobre matérias-primas e processos de fabricação de muitas substâncias. Entre outros temas, aborda atividades da indústria petroquímica. THOMAS, J. E. (org.). Fundamentos de engenharia de petróleo. Rio de Janeiro, Interciência, 2001. Aborda aspectos históricos do petróleo e sua composição, ocorrência, prospecção e extração. Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova são disponibilizados em http://quimicanova.sbq.org.br/QN_OnLine_Geral.htm Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados em http:// sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc ALENCASTRO, R. B.; MANO, E. B. Nomenclatura de compostos orgânicos. Rio de Janeiro: Guanabara, 1987. Livro que adapta as regras da Iupac 1979 ao português do Brasil. BARBOSA, L. C. A. Química Orgânica; uma introdução para as Ciências Agrárias e Biológicas. Viçosa, Editora da UFV, 1998. Livro universitário que apresenta uma visão geral de estrutura, nomenclatura e reações dos compostos orgânicos, incluindo mecanismos de reações orgânicas. CAMILLO JÚNIOR, A. B. Manual de prevenção e combate a incêndios. 3. ed. rev. atual. São Paulo: Senac, 2001. Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Capítulo 3 As principais classes funcionais de compostos orgânicos Conteúdos procedimentais que podem ser desenvolvidos • Reconhecer os principais grupos funcionais ao observar a fórmula estrutural de compostos orgânicos. • Nomear alguns dos exemplos mais significativos de compostos orgânicos por meio das regras mais recentes da União Internacional de Química Pura e Aplicada (Iupac). • Constatar experimentalmente que o que costumamos chamar de “sabor” dos alimentos se deve, na verdade, à percepção simultânea das sensações de olfato e paladar. • Buscar informações sobre a produção de substâncias químicas orgânicas. Conteúdos atitudinais que podem ser desenvolvidos • Interessar-se pelas idéias científicas e pela Ciência como maneira de entender melhor o mundo que nos cerca. • Perceber que paladar e olfato são importantes instrumentos de alerta para evitar intoxicações por alimentos estragados. • Ter uma postura crítica diante de anúncios publicitários flagrantemente enganosos, principalmente os referentes à saúde e ao corpo. Principais conteúdos conceituais do capítulo • Classe funcional • Grupo funcional • Reconhecimento das principais classes funcionais de compostos orgânicos • Noções sobre a nomenclatura dos representantes mais comuns das classes funcionais mais relevantes • Noções da presença no cotidiano de representantes dessas classes funcionais Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Comentário geral Neste capítulo são apresentadas as principais classes funcionais de compostos orgânicos, a nomenclatura dos representantes mais importantes e os exemplos mais significativos ao estudante do ensino médio. Vale aqui tudo o que foi exposto no Comentário geral do capítulo 2, neste manual, principalmente o que foi dito sobre as alterações decorrentes das novas recomendações da Iupac sobre nomenclatura orgânica. exames de urina dos seus empregados e também das pessoas que pretendem ser contratadas por ela. Na sua opinião essa empresa tem o direito de fazer isso ou ela está violando a privacidade a que as pessoas têm direito?” Atividade Reunir exemplos de campanhas publicitárias que pareçam enganosas, ressaltando propriedades de substâncias como se fossem “mágicas” e capazes de resolver problemas comuns e que incomodam as pessoas. Debater os casos reunidos e levantar as possíveis causas de elas existirem e, em certos casos, conseguirem convencer parte do público de que seu apelo é correto. Essa atividade é oportuna na medida em que os alunos estão conhecendo neste capítulo vários exemplos de substâncias orgânicas e sua presença no cotidiano. Inicia-se, assim, a construção do conhecimento de que as propriedades de uma substância dependem de sua estrutura e que a verificação dessas propriedades quanto a efeitos fisiológicos depende de inúmeros testes laboratoriais e clínicos antes que um produto seja liberado, por exemplo, como medicamento. Muitas peças publicitárias fazem apelos emocionais a fim de promover as vendas de materiais cujas propriedades terapêuticas ainda não são largamente aceitas pela comunidade científica. Tema para pesquisa A critério do professor, cada aluno ou equipe deve pesquisar sobre uma substância orgânica de importância, sua ocorrência natural, métodos de produção, matérias-primas, importância para a sociedade e situação do Brasil no cenário mundial da produção e da utilização. Esse tema permite aos estudantes tomarem contato com mais exemplos da presença da Química na vida diária, na natureza e no sistema produtivo. Tema para discussão em grupo • “O exame de urina permite detectar se o indivíduo utiliza drogas ou medicamentos. Imagine que determinada empresa resolva exigir Experimentos INVESTIGANDO OLFATO E PALADAR (I) Ao aluno Objetivo: Constatar experimentalmente que o que costumamos chamar de “sabor” dos alimentos se deve, na verdade, à percepção simultânea das sensações de olfato e paladar. Material: • uma caixa de balinhas de formato idêntico, mas com sabores (e cores) diferentes • pano para vendar os olhos Procedimento: 1. Escolha dois sabores de balinhas bem diferentes um do outro que você consiga distinguir com facilidade, mesmo que não veja a cor da bala. Experimente uma por vez. 2. Coloque a venda nos seus olhos. Peça a um colega uma bala de um dos sabores que você experimentou anteriormente. Ele não deve dizer qual deles escolheu e você terá de adivinhar apenas pelo gosto. Você consegue? 3. Tape o nariz com uma das mãos. Repita o procedimento do item 2, mas mantendo o nariz tapado o tempo todo. E agora, você consegue descobrir de que sabor é a bala? Ficou mais fácil ou mais difícil? Ao professor Os quimiorreceptores do olfato são capazes de perceber centenas de aromas diferentes, mas os quimiorreceptores do paladar detectam apenas quatro sabores distintos: azedo, doce, salgado e amargo. Evidências experimentais indicam que cada um desses sabores é percebido mais acentuadamente em uma determinada região da língua. Muitos alimentos apresentam mais de um dos quatro sabores. O suco de laranja, por exemplo, é doce e azedo. Uma salada temperada com limão e sal tem gosto azedo e salgado. Você já provou algo que lhe pareceu doce logo que o colocou na boca, mas que tenha se tornado amargo algum tempo depois? A sacarina é um produto que tem essa característica. Ela é doce e um pouco amarga. Quando a colocamos na boca, sentimos o gosto doce na ponta da língua. Mas, quando a estamos engolindo, ela passa pela região posterior da língua e, então, sentimos seu sabor amargo. Quando comemos, percebemos, ao mesmo tempo, o paladar (captado na língua) e o aroma (captado na cavidade nasal). Essas duas sensações se confundem e se completam, dando a ilusão de que são uma sensação só. Aquilo que costumamos chamar de “sabor” dos alimentos é, na realidade, a sensação simultânea de paladar (sabor, gosto) e de olfato (cheiro, odor, aroma). Enquanto mastigamos, sentimos o cheiro do alimento no ar que expiramos. De dentro da boca os vapores do alimento são liberados pela cavidade nasal, onde seu aroma é detectado. Você já reparou que quando estamos resfriados temos dificuldade para perceber o gosto dos alimentos? É porque o resfriado faz nossa cavidade nasal ficar com grande quantidade de muco (catarro), que cobre os receptores olfativos e os impede de captar as sensações de odor. Então temos a impressão de que “falta” algo no sabor do alimento. Na realidade o sabor está sendo percebido pela língua, mas “falta” o aroma. Agora é possível comentar o que se observa normalmente ao fazer o experimento sugerido. Por que é tão difícil, até mesmo impossível, distinguir o sabor das balinhas quando mantemos o nariz tapado? As balinhas coloridas de uma mesma embalagem têm todas, em geral, o mesmo paladar. São todas igualmente doces, ou, dependendo da marca, doces e azedas. Nossa língua capta uma mesma sensação, seja a bala de abacaxi, de morango ou de qualquer outro sabor. O que realmente diferencia uma bala de outra é o aromatizante usado na fabricação: abacaxi, morango etc. Na experiência, a identificação do “sabor” das balinhas é feita pelo olfato. Com o nariz destapado é fácil identificá-lo. Mas com o nariz tapado, é praticamente impossível, a menos que as balinhas tenham, de fato, paladares bem diferentes; uma azeda e outra não, por exemplo. Uma outra experiência interessante que pode ser feita é colocar um alimento na boca e, enquanto se mastiga, inspirar e expirar lentamente. Prestando bastante atenção pode-se perceber que, quando expiramos, é possível sentir todo o “sabor” do alimento. Na verdade estamos sentindo sabor e aroma. Por outro lado, ao inspirar, a impressão que se tem é de que o “sabor” não é completo, pois sentimos apenas o sabor. Sabor e aroma compõem o “flavor” de um alimento. Os flavorizantes são misturas de substâncias que fornecem o sabor e o aroma típico de algum alimento. Há vários ésteres que imitam bem aroma de frutas e, por isso, são empregados como aromatizantes na formulação de flavorizantes que visam imitá-las. INVESTIGANDO OLFATO E PALADAR (II) O professor pode também fazer em sala uma experiência que geralmente provoca um efeito surpreendente nos alunos. Sobre a mesa, coloque três copos, cada qual com um tipo de refrigerante; por exemplo, guaraná, refrigerante de cola e soda limonada. Um aluno voluntário (atenção: certifique-se de que ele não seja diabético), com os olhos vendados e com o nariz tapado, deve identificar, somente pelo paladar, cada um dos refrigerantes que lhe é dado para beber. Como os refrigerantes se assemelham bastante no sabor (doce e azedo), o que a língua percebe nos três casos é praticamente igual. O que nos permite diferenciá-los (e, inclusive, gostar, ou não, de cada um deles) é o cheiro dos aromatizantes usados, que não pode ser percebido na experiência porque, com o nariz tapado, o ar expirado não flui pela cavidade nasal e o vapor do aromatizante não passa pelos quimiorreceptores olfativos. Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova são disponibilizados em http://quimicanova.sbq.org.br/QN_OnLine_Geral.htm Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc DIAS, S. M.; SILVA, R. R. Perfumes, uma Química inesquecível. Química Nova na Escola, n. 4, 1996. p. 3-6. Esse artigo contém uma série de informações sobre a elaboração de perfumes e apresenta várias fórmulas estruturais de componentes de óleos essenciais e de fragrâncias artificiais. TORRES, J. P. M. et al. DDT (dicloro difenil tricloroetano): toxicidade e contaminação ambiental — uma revisão. Química Nova, v. 25, n. 6, p. 995-1002, 2002. (Veja também comentários em Química Nova, v. 26, n. 1, 2003. p. 147.) Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Capítulo 4 Interações intermoleculares na Química Orgânica Conteúdos procedimentais que podem ser desenvolvidos • Determinar a geometria molecular de compostos não muito complexos. • Determinar a geometria dos átomos de carbono de uma estrutura orgânica. • Empregar a escala de eletronegatividade para prever se uma ligação covalente é polar ou apolar. • Empregar a escala de eletronegatividade e conhecimentos sobre geometria molecular para prever se uma molécula é polar ou apolar. • Observar a fórmula estrutural de uma molécula e prever o tipo de interação intermolecular presente na substância. • Racionalizar comparativamente valores de pontos de ebulição. Conteúdos atitudinais que podem ser desenvolvidos • Interessar-se pelas idéias científicas e pela Ciência como maneira de entender melhor o mundo que nos cerca. • Perceber que o estudo das propriedades das substâncias químicas se traduz em aplicações práticas de interesse para a sociedade, que acabam redundando na melhoria da qualidade de vida. Principais conteúdos conceituais do capítulo • Principais geometrias moleculares • Modelo da repulsão dos pares eletrônicos da camada de valência (modelo VSEPR) • Geometria do átomo de carbono em função das ligações que realiza com os átomos vizinhos • Polaridade de ligações • Polaridade de moléculas • Polaridade e solubilidade • Ligações intermoleculares • Principais fatores que influenciam o ponto de ebulição de uma substância molecular Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Comentário geral Uma vez que há professores que preferem deixar os assuntos geometria molecular e interações intermoleculares para serem tratados junto com a Química Orgânica, eles são integralmente abordados no início deste capítulo 4 do volume 3. As informações sobre geometria molecular, eletronegatividade, polaridade de ligações, polaridade de moléculas e forças intermoleculares são trabalhadas considerando que o aluno não estudou tais temas anteriormente. E como ele agora os estuda no contexto da Química Orgânica, alguns dos itens do capítulo direcionam suas aplicações para os compostos orgânicos. É importante salientar que o estudo da geometria do átomo de carbono é importante pré-requisito para a compreensão do conceito de isômeros espaciais (tanto os geométricos quanto os ópticos), abordado no capítulo seguinte. Tema para pesquisa • “Qual é a importância da vitamina D e da luz solar (moderada) para os ossos?” Experimento SEPARAÇÃO CROMATOGRÁFICA DE TINTAS DE CANETA O artigo de Lisbôa, indicado em Sugestões de leitura complementar para o professor, contém o roteiro para a realização de um experimento cromatográfico, ao final do qual algumas perguntas são colocadas aos estudantes. Algumas dessas perguntas estimulam a aplicação de conceitos estudados neste capítulo 4 para explicação dos resultados experimentais. Origem dos termos científicos • A palavra “vitamina” foi proposta pelo bioquímico norte-americano de origem polonesa Casimir Funk, que o cunhou a partir do latim vita, vida, e do termo químico amina, por acreditar que as vitaminas eram aminas. Textos ao professor O AQUECIMENTO POR MICROONDAS O aquecimento por microondas é completamente diferente daquele que ocorre em um forno de cozinha convencional (seja a gás ou elétrico), onde o aquecimento de alimentos ocorre por condução, irradiação e convecção. O aquecimento por microondas é também chamado de aquecimento dielétrico, e existem dois mecanismos principais para a transformação de energia eletromagnética em calor. O primeiro deles é chamado rotação de dipolo, e relaciona-se com o alinhamento das moléculas (que tem dipolos permanentes ou induzidos) com o campo elétrico aplicado. Quando o campo é removido as moléculas voltam a um estado desordenado, e a energia que foi absorvida para esta orientação nestes dipolos é dissipada na forma de calor. Como o campo elétrico na freqüência de 2,45 GHz oscila (muda de sinal) 4,9 109 vezes por segundo, ocorre um pronto aquecimento destas moléculas. Uma representação esquemática é mostrada na Figura, onde usou-se a água como exemplo. luz, ao passar do vidro para o tetracloroetileno, comporta-se conforme vemos na figura. Em termos ópticos, nesse caso não há mudança de meio de propagação; por isso não ocorre reflexão ou refração da luz na fronteira entre os dois meios. Dizemos que esses meios apresentam continuidade óptica. É como se, opticamente, a luz se mantivesse em propagação através de um mesmo meio. Meio 1 n2 = n1 Meio 2 EDUARDO SANTALIESTRA/CID + – + – + – + – + – + – + – + – Continuidade óptica: o bastão de vidro está mergulhado em um líquido de índice de refração idêntico ao seu. 1-Dipolos alinhados com o campo eletromagnético. + – + – – + – + – + – – + – + + 2-Dipolos após a retirada do campo eletromagnético. H2O = – + Moléculas de água com e sem a influência do campo elétrico. O segundo mecanismo é chamado de condução iônica, e o calor é gerado através de perdas por fricção, que acontecem através da migração de íons dissolvidos quando sob a ação de um campo eletromagnético. Estas perdas dependem do tamanho, carga, condutividade dos íons dissolvidos e interação destes últimos com o solvente. Fonte: SANSEVERINO, A. M. Microondas em síntese orgânica. Química Nova, v. 25, n. 4, 2002. p. 661. Não podemos ver as colunas de ar quente erguendo-se do asfalto, pois elas são transparentes (invisíveis). No entanto, percebemos a sua existência observando os desvios que elas provocam na trajetória da luz. Da mesma forma, desconsiderando a luz refletida, um bastão de vidro pode ser percebido apenas pelo desvio que provoca nos raios de luz. Mas, se for mergulhado em um líquido que tenha índice de refração idêntico ao seu, ele se torna, além de invisível, imperceptível visualmente por não acrescentar desvios à trajetória da luz. É o fenômeno da continuidade óptica. Fonte: CARRON, W.; GUIMARÃES, O. As faces da Física. 2. ed. São Paulo: Moderna, 2002. p. 417. Uma pergunta relativamente comum dos alunos é a seguinte: Se um sistema bifásico é constituído por duas fases incolores (por exemplo, benzina e água), como é possível distinguir a fronteira entre ambas as fases? A explicação tem a ver com o índice de refração de ambas as fases ser diferente. Assim, graças à refração da luz quando ela passa de um meio para outro, é possível perceber tal fronteira. É graças à refração da luz que podemos reconhecer, no ar (fase incolor), a superfície da água ou a superfície de um objeto de plástico ou de vidro incolor. Mas e se, por uma tremenda coincidência, ambas as fases incolores possuírem índices de refração iguais? O texto a seguir é sobre essa situação, denominada continuidade óptica. A LUZ PASSA PARA OUTRO MEIO DE MESMA REFRINGÊNCIA (n2 n1) Existem substâncias diferentes que possuem o mesmo índice de refração. É o caso, por exemplo, do vidro e do tetracloroetileno. A Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova são disponibilizados em http://quimicanova.sbq.org.br/QN_OnLine_Geral.htm Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc CAVALHEIRO, E. T. G. et al. Identificação de pigmentos naturais de espécies vegetais utilizando-se cromatografia em papel. Química Nova, v. 25, n. 4, p. 680-683, 2002. Os autores propõem um procedimento em que corantes naturais são usados para demonstrar princípios da cromatografia em papel. Entre os extratos utilizados encontra-se o de feijão-preto. CELEGHINI, R. M. S.; FERREIRA, L. H. Preparação de uma coluna cromatográfica com areia e mármore e seu uso na separação de pigmentos. Química Nova na Escola, n. 7, 1998. p. 39-41. Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. – + – + + + – – – – + + FREITAS, L. C. G. Prêmio Nobel de Química 1998: Walter Kohn & John A. Pople. Química Nova na Escola, n. 8, 1998. p. 3-6. O artigo comenta as contribuições de Kohn e Pople para os métodos computacionais de cálculo de estrutura e de propriedades moleculares, que lhes valeram o Prêmio Nobel. LISBÔA, J. C. F. Investigando tintas de canetas utilizando cromatografia em papel. Química Nova na Escola, n. 7, 1998. p. 38-39. (Veja também errata no n. 8, p. 41.) OLIVEIRA, L. F. C. Espectroscopia molecular. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, n. 4, 2001. p. 24-30. (Veja também errata no n. 14, p. 46.) Artigo que ilustra como a espectroscopia permite obter informações sobre a estrutura molecular. ROCHA, W. R. Interações intermoleculares. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, n. 4, 2001. p. 31-36. Artigo que descreve os tipos e a origem das interações intermoleculares que atuam nos sistemas químicos. Também mostra como a compreensão dessas interações permite racionalizar algumas propriedades macroscópicas das substâncias químicas. SANTOS, H. F. O conceito da modelagem molecular. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, n. 4, 2001. p. 4-5. TOSTES, J. G. Estrutura molecular, o conceito fundamental da Química. Química Nova na Escola, n. 7, 1998. p. 17-20. O autor faz um apanhado dos métodos de modelagem da estrutura molecular desde 1880, passando pela mecânica quântica e chegando ao panorama no final do século XX. Capítulo 5 Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Isômeros Conteúdos procedimentais que podem ser desenvolvidos • Observar fórmulas estruturais e concluir se elas representam ou não isômeros. • Representar os possíveis isômeros (teoricamente possíveis) a partir de uma determinada fórmula molecular. Conteúdos atitudinais que podem ser desenvolvidos • Valorizar os progressos da Ciência e suas aplicações como agentes do bem-estar humano. • Perceber que muitos princípios científicos estão presentes em nossa vida cotidiana. Principais conteúdos conceituais do capítulo • Conceito de isômeros • Isômeros constitucionais • Isômeros geométricos • Isômeros ópticos Comentário geral Este capítulo tem como principal meta mostrar que as fórmulas moleculares orgânicas freqüentemente representam mais de uma substância. O tema isomeria é amplo e pode atingir altos níveis de complexidade quando o assunto envolve a estrutura tridimensional das moléculas. Nesse sentido, o capítulo pretende tratar de uma introdução ao tema, abordandoo de modo compatível com o nível do estudante, enfatizando a capacidade de decidir sobre a existência de isômeros e perceber as reais diferenças entre eles. A expressão isômeros constitucionais vem sendo muito utilizada na literatura universitária para se referir ao que, no ensino médio, costumávase denominar “isômeros planos”. Por isso optou-se pela utilização preferencial da expressão isômeros constitucionais. • “Enantiômero”, vem do grego enántios, contrário, e meros, parte. • “Dextrorrotatório” e “levorrotatório” vêm respectivamente do latim dexter, direita, e laevu, esquerda. • “Racêmico” vem do latim racemus, cacho de uva. Consta que a primeira mistura racêmica teria sido observada cientificamente pelo francês Louis Pasteur em 1848 (com 26 anos), ao observar cristais de acidum racemicum (nome atual: ácido tartárico), provenientes da uva. Tema para pesquisa • “A importância do estudo dos enantiômeros na indústria de fármacos e o Prêmio Nobel de Química 2001.” O professor encontrará informações no artigo de Pilli, indicado em Sugestões de leitura complementar para o professor. Origem dos termos científicos • A palavra “isômero” foi introduzida na Química por Berzelius em 1830. Vem do grego iso, igual, e meros, partes. É uma alusão ao fato de os isômeros terem a mesma composição elementar. • “Metâmero” vem do grego meta, mudança, e meros, parte. • “Tautômero” vem do grego tauto, mesmo, e meros, parte. • O prefixo cis vem do latim e significa próximo a, aquém de. • O prefixo trans vem do latim e significa através de, além de. • A palavra “especular” vem do latim speculare, referente a espelho. • “Quiral” é adjetivo que deriva do substantivo grego quiro, mão. • “Enantiomorfo” vem do grego enántios, contrário, e morfo, forma. Sugestão de leitura complementar para o aluno VANIN, J. A. Alquimistas e químicos: o passado, o presente e o futuro. São Paulo: Moderna, 1994. (Coleção Polêmica) Paradidático que oferece um panorama da atuação da Química e dos químicos. O capítulo 4 é sobre Pasteur e sua importância para a compreensão da assimetria molecular. Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc CHAGAS, A. P. 100 anos de Nobel — Jacobus Henricus van’t Hoff. Química Nova na Escola, n. 14, 2001. p. 25-27. Publicado no ano em que se comemorou o centenário da primeira entrega do Prêmio Nobel, esse artigo apresenta a vida e a obra de van’t Hoff, incluindo suas contribuições para a estrutura espacial das moléculas. COELHO, F. A. C. Fármacos e quiralidade. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, n. 3, 2001. p. 23-32. O autor discute a relação entre quiralidade e atuação de fármacos com centros quirais. Também apresenta exemplos de fármacos comercializados no Brasil que apresentam centros assimétricos. FERREIRA, J. T. B.; ZARBIN, P. H. G. Amor ao primeiro odor. A comunicação química entre os insetos. Química Nova na Escola, n. 7, 1998. p. 3-6. Esse artigo apresenta a classificação dos feromônios segundo suas funções, dá exemplos de estruturas e comenta aplicações dessas substâncias. FRAGA, C. A. M. Razões da atividade biológica: interações microe biomacro-moléculas. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, n. 3, 2001. p. 33-42. O autor discute a interação de um fármaco com seu sítio de ação, destacando o papel das forças intermoleculares e da configuração espacial do fármaco e de seu sítio de ação. PILLI, R. A. Catálise assimétrica e o Prêmio Nobel de Química de 2001. Novos paradigmas e aplicações práticas. Química Nova na Escola, n. 14, 2001. p. 16-24. Esse artigo faz uma revisão dos trabalhos dos ganhadores do Nobel de Química de 2001, William Knowles, Barry Sharpless e Ryoji Noyori, que desenvolveram métodos para produção em escala industrial de substâncias quirais em forma enantiomericamente pura. Tais processos têm aplicação, entre outras, nas áreas de fármacos, agroquímicos, fragrâncias. O artigo também comenta o impacto desses trabalhos sobre a produção do coquetel usado no tratamento da aids. QUADROS, A. L. Os feromônios e o ensino de Química. Química Nova na Escola, n. 7, 1998. p. 7-10. (Veja também errata no n. 8, p. 41.) A autora apresenta uma abordagem do tema feromônio no ensino médio, visando à valorização pelos alunos das relações entre substâncias químicas e o contexto e os problemas estudados. Capítulo 6 Principais conteúdos conceituais do capítulo • Halogenação de alcanos • Substituição em compostos aromáticos • Adição em alcenos • Adição em alcinos • Importância do acetileno como matéria-prima industrial • Noção do conceito de ressonância e de como esse conceito explica a baixa tendência de os aromáticos sofrerem adição • Noção de tensão angular em ciclanos e sua relação com a tendência de esses compostos sofrerem rompimento do ciclo • Conceito e exemplos de terpenos Reações de substituição e reações de adição Conteúdos procedimentais que podem ser desenvolvidos • Representar o(s) possível(is) produto(s) esperado(s) em uma reação de substituição em alcano ou em anel aromático. • Representar o(s) possível(is) produto(s) esperado(s) em uma reação de adição a insaturação dupla ou insaturação tripla. • Representar o produto principal que se espera quando ciclanos de 3 a 6 carbonos se encontram em condições em que substituição e adição são processos concorrentes. Conteúdos atitudinais que podem ser desenvolvidos • Valorizar os progressos da Ciência e suas aplicações como agentes do bem-estar humano. • Valorizar a observação como importante fonte para obter informações. • Interessar-se pelas idéias científicas e pela Ciência como maneira de entender melhor o mundo que nos cerca. Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Comentário geral Os hidrocarbonetos são uma categoria relativamente simples de compostos orgânicos, e conhecer algumas de suas reações é uma boa maneira de o estudante se iniciar no estudo das reações orgânicas. Este capítulo se ocupa fundamentalmente com as reações de substituição em alcanos (halogenação) e em aromáticos (halogenação, nitração, sulfonação, alquilação e acilação de Friedel-Crafts), com as reações de adição a alcenos, alcinos, dienos e aromáticos (neste caso, sob condições enérgicas) e com a notável diferença de comportamento entre os ciclanos de três e quatro carbonos quando comparados aos de cinco e seis. Aproveitando que o capítulo apresenta algumas reações de alcinos, também são feitos comentários sobre a importância industrial do acetileno e como ele pode ser obtido a partir do carvão por intermédio da síntese de carbureto. Um aspecto que se deve ressaltar ao professor diz respeito à diferente velocidade com que hidrogênios de carbonos primários, secundários e terciários sofrem substituição, quando alcanos são submetidos a halogenação. Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Aplicando os dados de reatividade, podemos estimar as quantidades relativas de produtos: 1a possib. : 2a possib. : 3a possib. : 4a possib. 6 1,0 6,0 28% : : : 1 5,0 5,0 23% : : ou : 35% : 14% O produto de substituição do hidrogênio terciário por cloro (2a possibilidade) não é o formado em maior quantidade. É falsa, portanto, a afirmação (difundida em algumas publicações) de que o produto de substituição do hidrogênio terciário por cloro é sempre o produto principal da reação e de que os outros produtos se formam em quantidades desprezíveis. A quantidade de cada produto, nesse tipo de reação, é um compromisso entre reatividade (expressa pelas velocidades relativas) e probabilidade (expressa pelo número de hidrogênios em cada possibilidade). Por outro lado, no caso da bromação, a diferença de reatividade dos hidrogênios é muito acentuada. Por exemplo, a proporção entre as velocidades relativas na bromação, a 127ºC, é da ordem de 1 : 82 : 1600*. Essa grande diferença geralmente prevalece sobre fatores de probabilidade e o produto de substituição de hidrogênio terciário por bromo é, normalmente, formado em maior quantidade. 2 3,8 7,6 : : 3 1,0 3,0 Estudos cinéticos experimentais revelaram que os hidrogênios de carbonos terciários são mais reativos que os de carbonos secundários e esses, por sua vez, são mais reativos que os de carbonos primários. Essa afirmação aparece na página 120 do livro. Essa informação, por si só, não é suficiente para que possamos fazer a generalização de que o produto de monossubstituição no carbono terciário é o majoritário e de que o produto de monossubstituição no carbono primário é o minoritário. Isso porque as quantidades relativas dos diferentes “tipos” de hidrogênio na molécula não são necessariamente iguais. Vejamos a cloração de alcanos à temperatura ambiente. Nesse processo, as velocidades relativas de substituição de hidrogênio de carbono primário, secundário e terciário guardam entre si a proporção de 1,0 : 3,8 : 5,0,* que expressa as diferentes reatividades dos hidrogênios. Consideremos a molécula de butano. Nela, há 6 hidrogênios primários (isto é, em carbono primário) e 4 hidrogênios secundários. A proporção entre as quantidades dos produtos monossubstituídos pode ser assim estimada: no Hs 1ários reatividade H 1ário : no Hs 2ários 6 1,0 : 4 3,8 6,0 : 15,2 ou 28% : 72% Assim, espera-se que 28% do produto de monossubstituição de H por Cl, no butano à temperatura ambiente, seja 1-cloro-butano e 72% seja 2-cloro-butano. Nesse caso, há predominância do produto de substituição do hidrogênio secundário em relação ao primário. Mas considere agora o 2-metil-butano, usado como exemplo na página 120 do livro: 2ª possibilidade 3ª possibilidade 4ª possibilidade H3C CH CH3 1ª possibilidade (ambas equivalentes) CH2 CH3 Origem dos termos científicos • A palavra “parafina” (pela qual os alcanos são também chamados) vem do latim parum, pouca, e affinis, afinidade. É uma clara alusão à baixa reatividade dessa classe de compostos. • “Vicinal” vem do latim vicinus, vizinho. • “Geminal” vem do latim geminus, gêmeo. • “Trimerização” vem do grego tri, três, e meros, parte. Tema para pesquisa • “Quais são as utilidades de um maçarico?” reatividade H 2ário Experimento DESTILAÇÃO POR ARRASTE A VAPOR O artigo de Guimarães, Oliveira e Abreu, indicado em Sugestões de leitura complementar para o professor, propõe um experimento de extração de essências vegetais por meio da técnica de arraste a vapor, realizado com materiais de obtenção relativamente simples. Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc * MORRISON, R. T.; BOYD, R. N. Organic Chemistry. 6. ed. New Jersey: Prentice Hall, 1992. p. 109. ALVES, H. M. A diversidade química das plantas como fonte de fitofármacos. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, n. 3, 2001. p. 10-15. O autor mostra como o estudo químico dos produtos naturais pode contribuir para a produção de compostos biologicamente ativos, principalmente com atividade farmacológica. Os terpenos têm destaque no artigo. GUIMARÃES, P. I. C.; OLIVEIRA, R. E. C.; ABREU, R. G. Extraindo óleos essenciais de plantas. Química Nova na Escola, n. 11, 2000. p. 45-46. Os autores relatam um experimento de extração de essências vegetais por meio da técnica de arraste a vapor empregando materiais alternativos de obtenção relativamente simples. Capítulo 7 Noções de acidez e de basicidade em compostos orgânicos Conteúdos procedimentais que podem ser desenvolvidos • Equacionar a ionização de um ácido carboxílico em água. • Observar a presença de grupos substituintes e, a partir dessa observação, estabelecer comparação entre a acidez de diferentes ácidos carboxílicos e/ou de diferentes fenóis. • Equacionar a reação de neutralização de uma amina por um ácido inorgânico. • Equacionar a reação de neutralização de uma amina por um ácido carboxílico. • Reconhecer a presença de grupos funcionais ácidos e básicos em uma mesma molécula, caracterizando-a como anfótera. Conteúdos atitudinais que podem ser desenvolvidos • Ter curiosidade por conhecer melhor como as “coisas da natureza funcionam”. • Valorização da observação como importante fonte para obter informações. Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Principais conteúdos conceituais do capítulo • Acidez de ácidos carboxílicos e de fenóis, sua ionização em água e sua reação com hidróxidos inorgânicos • Grupos substituintes que podem provocar alterações na força de um ácido carboxílico ou de um fenol • Basicidade de aminas, sua ionização em água e sua reação com ácidos inorgânicos e com ácidos carboxílicos • Conceito de composto orgânico anfótero, com destaque para os α-aminoácidos • Explicação para o funcionamento dos indicadores ácidobase Comentário geral Ter uma visão geral sobre acidez e basicidade de compostos orgânicos é, por vários motivos, importante para o estudante de Química no ensino médio. Há diversos acontecimentos cotidianos que envolvem o tema. Alguns deles são apresentados no capítulo: por que o vinagre é azedo, como certos desodorantes neutralizam o cheiro de suor, por que vinagre (ou suco de limão) reduz o cheiro forte de um peixe em apodrecimento, por que alguns medicamentos que têm a classe funcional amina são apresentados na forma de sais de amônio em vez de na forma molecular etc. O conhecimento da reação entre ácidos carboxílicos e hidróxidos alcalinos ajuda a compreender a hidrólise básica de ésteres, no capítulo 8, e esta, por sua vez, permite entender como são produzidos os sabões, no capítulo 10. Ao estudar o que é um composto anfótero e conhecer o mais comum dos exemplos — o que é aminoácido —, o aluno prepara-se para o estudo das proteínas, no capítulo 10. Também com os princípios vistos neste capítulo, o estudante pode ampliar o entendimento do conceito de indicador ácido-base. Tomando como exemplo a fenolftaleína, fórmulas orgânicas são empregadas no capítulo para representar ambas as formas do indicador que coexistem em equilíbrio em solução aquosa. A aplicação do Princípio de Le Chatelier a esse equilíbrio explica a mudança de cor do indicador em função do pH do meio. Origem dos termos científicos • A palavra “ácido” vem do prefixo ac-, presente no grego e no latim, que indica ser picante, agudo, pontudo. É uma clara alusão ao efeito picante dos ácidos sobre a língua. • A palavra “álcali” vem do árabe al-qali, pelo latim medieval alkali, cinza de plantas. Nas cinzas vegetais são encontrados sódio e potássio na forma de óxidos e carbonatos. Graças à presença desses óxidos básicos (que reagem com água formando hidróxidos) e carbonatos (que em água sofrem hidrólise do ânion), a adição de cinzas à água deixa o meio básico. Daí usar “álcali” como sinônimo de base, e “alcalino” como sinônimo de básico. Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova são disponibilizados em http://quimicanova.sbq.org.br/QN_OnLine_Geral.htm Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc COSTA, M. L.; SILVA, R. R. Ataque à pele. Química Nova na Escola, n. 1, 1995. p. 3-7. Artigo sobre bronzeamento, câncer de pele e protetores solares. Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. O artigo sugere o experimento de extração do lapachol da serragem do ipê. O procedimento envolve várias operações químicas (por exemplo, filtração, cristalização, extração). A prática tem relação com este capítulo porque envolve uma reação do composto (de características ácidas) com carbonato de sódio, produzindo um sal solúvel em água e que pode ser, portanto, extraído com esse solvente. A regeneração do sal é feita por meio da reação com um ácido. A prática também permite trabalhar atitudes de segurança em laboratório, já que envolve procedimentos potencialmente perigosos (aquecimento, uso de ácido etc.). TERCI, D. B. L.; ROSSI, A. V. Indicadores naturais de pH: usar papel ou solução? Química Nova, v. 25, n. 4, 2002. p. 684-688. As autoras sugerem o uso de extratos de amora, jabuticaba, jambolão e uva como indicadores de pH, tanto na forma líquida como em papel. Além de apresentar fotos da cor dos extratos em diferentes pHs, o artigo compara o desempenho desses indicadores, na forma de papel, com o de alguns papéis indicadores universais comercialmente disponíveis. O artigo também inclui fórmulas estruturais de antocianinas e apresenta os equilíbrios químicos envolvidos. FERREIRA, V. F. Aprendendo sobre os conceitos de ácido e base. Química Nova na Escola, n. 4, 1996. p. 35-36. Capítulo 8 Óxido-redução, desidratação e esterificação Conteúdos procedimentais que podem ser desenvolvidos • Determinar, com base numa equação química, se um composto orgânico sofreu oxidação ou redução. • Representar os produtos esperados na oxidação de álcoois primários e de álcoois secundários. • Representar os produtos esperados na oxidação branda, na ozonólise e na oxidação enérgica de alcenos. • Equacionar a desidratação intermolecular e a intramolecular de álcoois. • Equacionar a esterificação e a hidrólise de ésteres. Conteúdos atitudinais que podem ser desenvolvidos • Valorizar os conhecimentos de povos antigos no tocante à produção do vinagre. • Perceber que a tecnologia é algo antigo e que engloba exemplos relativamente simples, como, por exemplo, a produção de vinagre. Principais conteúdos conceituais do capítulo • Reconhecimento da ocorrência de oxidação ou de redução de um composto orgânico por meio da análise de uma equação química • Reconhecimento de agente oxidante e de agente redutor em reações orgânicas • Oxidação de álcoois • Noção do que acontece quando o vinho se transforma em vinagre • Oxidação de alcenos • O papel da redução na obtenção industrial da anilina • Desidratação intermolecular e desidratação intramolecular de álcoois • Esterificação • Hidrólise ácida de ésteres • Hidrólise básica de ésteres Comentário geral Como o próprio título espelha, este capítulo engloba três blocos distintos. O primeiro deles vai do item 1 ao item 3 e consiste na aplicação do conceito de óxido-redução aos compostos orgânicos. Os processos de óxido-redução de compostos orgânicos constituem-se num amplo e complexo segmento de estudo e a meta do capítulo é trabalhar apenas os casos mais significativos para o ensino médio, que são os processos envolvendo álcoois e alcenos. O segundo bloco é o item 4, em que se apresentam os processos de desidratação intermolecular e intramolecular de álcoois. O terceiro bloco envolve esterificação e hidrólise de ésteres, em meio ácido e em meio alcalino. Para compreender a hidrólise em meio alcalino, é necessário que já tenha sido estudado o que é um sal de ácido carboxílico. A reação entre ácidos carboxílicos e bases é assunto do capítulo 7. Por sua vez, assimilar o que é hidrólise básica é importante para que, no capítulo 10, o estudante possa compreender a reação de saponificação de triacilgliceróis, usada na produção de sabões. Procedimento: 1. Use o pincel fino para escrever com o suco de limão na folha de papel. 2. Espere até que o papel seque à sombra. Não leve o papel ao sol nem se exponha à luz solar antes de lavar bem as mãos para remover qualquer respingo do suco de limão. Tomar sol com suco de limão na pele produz manchas escuras que levam muito tempo para sair. 3. Adicione 60 gotas de tintura de iodo a meio copo (de requeijão) de água e mexa com uma colher. 4. Mergulhe o pincel grosso nesse líquido e esfregue-o sobre a folha. Observe os dizeres se tornarem visíveis. 5. Proponha uma explicação para o que observou. Compare sua explicação com a de seus colegas e discuta-a com o professor. Ao professor Nesse experimento, o suco de limão é a “tinta invisível”. Uma solução feita com 60 gotas de tintura de iodo (solução alcoólica de I2) adicionadas a meio copo de água atua como “revelador” da escrita invisível. Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Quando essa solução aquosa de iodo é aplicada ao papel, o iodo (I2) nela presente interage com fragmentos de alguns polissacarídios existentes no papel, produzindo um complexo de coloração roxa. Tema para pesquisa • “Em que época viveu William Perkin e qual foi sua contribuição para a indústria de corantes?” Substâncias presentes no suco do limão reagem com o iodo, consumindo-o (transformando-o em iodeto, I–). Assim, nos locais em que se escreveu com o suco do limão, não haverá iodo e, portanto, não aparecerá a coloração roxa no papel. Isso permite a visualização do que foi escrito. Evidentemente, não se espera que os alunos proponham a explicação completa, mas que concluam que “algo” no suco do limão impede o aparecimento da cor roxa. O professor pode concluir, dizendo que esse “algo” reage com o iodo, consumindo-o. Esse “algo” é a vitamina C, que se oxida e provoca a redução do iodo a iodeto. Atividade Em atividade que pode ser interdisciplinar com Biologia, o professor apresenta a cada equipe os nomes e as fórmulas dos participantes do ciclo do ácido cítrico (ciclo de Krebs, ciclo do ácido tricarboxílico) e a equipe deve concluir em quais das etapas ocorre oxidação e quais são os átomos de carbono que se oxidam nessas etapas. BAFÔMETRO DE DICROMATO O artigo de Braathen e também o de Ferreira, Mól e Silva, indicados em Sugestões de leitura complementar para o professor, oferecem roteiros para a simulação do bafômetro de dicromato. Experimentos TINTA INVISÍVEL Ao aluno Objetivo: Escrever num papel com tinta invisível e, a seguir, tornar a escrita visível usando uma reação química. Material: • suco de limão espremido na hora (Lave bem as mãos antes de se expor ao sol!) • pincel fino • pincel grosso • folha de papel branco • dois copos de vidro (dos de requeijão) • água • tintura de iodo (Adquirida em farmácia; cuidado, pois mancha a pele e as roupas!) • conta-gotas • colher IDENTIFICAÇÃO DA VITAMINA C O artigo de Silva, Ferreira e Silva, indicado em Sugestões de leitura complementar para o professor, propõe um método para a identificação da presença da vitamina C em sucos de fruta por meio de reações de óxido-redução. Textos ao professor UMA OXIDAÇÃO MILIONÁRIA Em 1856, William Perkin, que acabava de fazer 18 anos, empenhou-se em um ambicioso projeto no laboratório de sua casa durante os feriados da Semana Santa na faculdade de Química em que estudava: preparar quinina artificialmente. Na faculdade, William era aluno do químico orgânico alemão A. W. Hofmann. [...] Em uma de suas aulas, Hofmann disse que seria muito desejável preparar quinina artificialmente porque esse medicamento — o único conhecido na época para combater a malária — podia ser obtido somente da casca de uma árvore proveniente das Índias Orientais. Perkin se propôs a sintetizar a quinina a partir da toluidina, um derivado da hulha (tipo de carvão mineral) e obtido como subproduto barato da indústria do aço [...]. Perkin conhecia as fórmulas moleculares da toluidina [C7H9N] e da quinina [C20H24N2O2] e pensou que poderia transformar uma na outra adicionando o número necessário de átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio. [...] Numa das etapas da preparação, Perkin empregou um poderoso agente oxidante: o dicromato de potássio. O resultado dessa oxidação foi uma pasta escura que não se parecia nem um pouco com a quinina. Em vez de desistir, Perkin decidiu repetir o procedimento usando um material mais simples como ponto de partida: a anilina. [...] Dessa vez o produto foi um sólido negro ainda mais diferente da quinina. Antes de jogá-lo fora, Perkin notou que a água e o álcool usados para lavar o frasco se coloriam de púrpura. Fascinado com esse resultado inesperado, o jovem químico percebeu que as soluções obtidas eram capazes de tingir a roupa. Perkin rapidamente encontrou um método prático para extrair o corante púrpura da mistura negra. Enviou uma amostra desse corante sintético a uma fábrica inglesa de corantes para que o testassem em seda e algodão. A avaliação concluiu que se tratava de um corante muito promissor para uso na seda, mas não para uso no algodão. Contudo os tintureiros logo descobriram que havia meio de aplicar no algodão um tratamento prévio, que o tornava suscetível a ser corado pelo produto descoberto por Perkin. Assim, uma tentativa de sintetizar quinina conduziu à produção acidental do primeiro corante artificial. Com o entusiasmo de sua juventude, Perkin decidiu patentear o corante, construir uma fábrica e entrar nesse ramo industrial. Ele não foi muito encorajado por seu professor Hofmann, que desejava que ele continuasse seus estudos acadêmicos e achava que começar um negócio de corantes era loucura. Hofmann estava equivocado. Felizmente para o jovem Perkin, seu pai era rico e tinha grande confiança em seu filho. Com o apoio do pai e do irmão, Perkin obteve a patente de seu corante, construiu uma fábrica e solucionou os problemas relacionados com a produção em larga escala do material. [...] O negócio de Perkin teve um enorme êxito. O corante, que foi chamado de púrpura de anilina, púrpura do Tiro, malva (ou malveína), chegou a ser extremamente popular. Esse último nome foi dado na França, onde o produto chegou a ser largamente usado. Até a descoberta de Perkin, os corantes de cor púrpura estáveis conhecidos eram extremamente caros. Usado desde há muito tempo, o corante natural anteriormente denominado púrpura do Tiro era extraído de pequenos caracóis que vivem no Mar Mediterrâneo e são difíceis de recolher. Eram necessários nove mil deles para obter um grama de corante. Só a realeza podia permitir-se usar roupas dessa cor; daí a associação da cor púrpura com a realeza. A síntese feita por Perkin de um belo corante púrpura e estável a partir do carvão mineral fazia com que essa cor passasse a estar disponível por um preço acessível à maioria das pessoas. [...] O êxito desse corante correspondeu ao nascimento da indústria dos corantes sintéticos [...] e representou também uma história de descobrimento casual que fez com que uma simples reação de oxidação de uma substância orgânica se transformasse num negócio milionário. Fonte: ROBERTS, R. M. Serendipia: descubrimientos accidentales en la ciencia. Madrid: Alianza Editorial, 1989. p. 112-116. (Tradução nossa.) animal não pode sobreviver. Se o conteúdo de oxigênio cai a um valor muito baixo, as bactérias anaeróbicas assumem o processo de decomposição, formando poluentes nocivos tais como CH4, NH3 e H2S. A DBO da água poluída é determinada pela medida da quantidade de oxigênio consumida por uma amostra de volume conhecido. A amostra da água é inicialmente diluída com água destilada saturada de ar para garantir um excesso de oxigênio. A concentração de oxigênio dissolvido na amostra diluída é determinada imediatamente e novamente após um período de cinco dias. A partir da diminuição da concentração de oxigênio, pode-se calcular a DBO, que é usualmente expressa como DBO no de mg de O2 necessários no de litros da amostra partes de O2/milhões de partes da amostra Uma DBO de 0 a 3 é característica de água “pura” ou aproximadamente pura. Valores de DBO maiores que 5 indicam água de pureza duvidável. Os despejos não tratados de uma cidade tipicamente têm uma DBO de 100 a 400; alguns despejos industriais têm valores tão altos como 10.000. Você pode avaliar os problemas criados se estes materiais são lançados diretamente em uma fonte de água. Fonte: MASTERTON, W. L.; SLOWINSKI, E. J. Química Geral Superior. 4. ed. Rio de Janeiro: Interamericana, 1977. p. 257-258. Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. ANTIOXIDANTES NATURAIS Muitos alimentos ricos em gorduras e óleos estragam-se facilmente por causa da oxidação (particularmente óleos insaturados, porque as ligações duplas são muito reativas). Embora os processos por meio dos quais essas reações acontecem sejam complexos, podemos dizer, de modo simplificado, que é o oxigênio do ar que provoca tais reações. Para evitar que elas ocorram, antioxidantes são freqüentemente adicionados aos alimentos para preservá-los. Antioxidantes são compostos que inibem a oxidação pelo oxigênio molecular. Compostos fenólicos e derivados da hidroquinona são especialmente úteis para tal fim. O uso de antioxidantes para preservar alimentos não é novo; apenas é novo o entendimento de sua ação química. Desde tempos remotos, temperos e ervas são empregados para ajudar no armazenamento seguro de alimentos. É interessante notar que muitos desses materiais naturais têm odor agradável. Especiarias como cravo, orégano, tomilho, alecrim e sálvia contêm compostos fenólicos, que, há muito, foram associados com a classe de substâncias que os químicos denominam aromáticas. O processo de defumação das carnes fornece antioxidantes para a comida porque formaldeído e compostos fenólicos são encontrados na fumaça proveniente da madeira. Antioxidantes também estão presentes nos tecidos animais para prevenir a oxidação das gorduras naturais no organismo. Há quem considere que o processo de envelhecimento é acelerado pela oxidação das ligações duplas naturais. Fonte: MUNDY, B. P. et al. Organic and biological Chemistry. Orlando: Saunders, 1993. p. 176. (Tradução nossa.) [POLUIÇÃO E DBO] Um dos mais sérios efeitos dos despejos humanos e industriais é o aumento da demanda biológica de oxigênio (DBO) das fontes naturais de água. Bactérias aeróbicas usam o oxigênio para degradar compostos orgânicos complexos em espécies mais simples e geralmente não 2 poluentes tais como CO2, NO3 e SO4 . Este processo reduz a quantidade de oxigênio dissolvido na água, às vezes ao ponto em que a vida Sugestão de leitura complementar para o aluno VANIN, J. A. Alquimistas e químicos: o passado, o presente e o futuro. São Paulo: Moderna, 1994. (Coleção Polêmica) Paradidático que oferece um panorama da atuação da Química e dos químicos. O capítulo 7 comenta alguns fatos históricos sobre o início da indústria de corantes e a participação da anilina nesse processo. Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova são disponibilizados em http://quimicanova.sbq.org.br/QN_OnLine_Geral.htm Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc BACCAN, N. et al. Química Analítica Quantitativa Elementar. 2. ed. São Paulo: Edgard Blücher, 1985. p. 224. Nessa referência encontra-se um experimento que permite determinar a massa da vitamina C em um comprimido efervescente pelo método iodimétrico. BRAATHEN, P. C. Hálito culpado. O princípio químico do bafômetro. Química Nova na Escola, n. 5, p. 3-5, 1997. Além de uma discussão sobre o princípio em que se baseia o bafômetro de dicromato, o autor apresenta uma simulação de seu uso. FERREIRA, G. A. L.; MÓL, G. S.; SILVA, R. R. Bafômetro – um modelo demonstrativo. Química Nova na Escola, n. 5, 1997. p. 32-33. O artigo descreve a construção de um modelo de bafômetro que pode ser empregado para comparações qualitativas. GUIMARÃES, J. R.; NOUR, E. A. A. Tratando nossos esgotos: processos que imitam a natureza. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, n. 1, 2001. p. 19-30. Entre outros aspectos relacionados ao tratamento das águas residuárias, o artigo apresenta o papel dos processos de óxido-redução envolvendo matéria orgânica. LEHNINGER, A. L.; NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de Bioquímica. Tradução de Arnaldo A. Simões e Wilson R. N. Lodi. 2. ed. São Paulo: Sarvier, 1995. p. 336. Esse é um exemplo de referência em que o professor pode obter as fórmulas estruturais dos integrantes do ciclo do ácido cítrico, a fim de realizar o que foi proposto na seção Atividade deste capítulo. PERRY, K. S. P. Queijos: aspectos químicos, bioquímicos e microbiológicos. Química Nova , v. 27, n. 2, 2004. p. 293-300. RODRIGUES, J. R.; AGUIAR, M. R. M. P.; MARIA, L. C. S.; SANTOS, Z. A. M. Uma abordagem alternativa para o ensino da função álcool. Química Nova na Escola , n. 12, 2000. p. 20-23. SILVA, S. L. A.; FERREIRA, G. A. L.; SILVA, R. R. À procura da vitamina C. Química Nova na Escola, n. 2, p. 31-32, 1995. Os autores descrevem um método para identificação da presença da vitamina C em diversos sucos de frutas. (Trata-se de um método semiquantitativo. Para uma análise quantitativa da vitamina C em um comprimido efervescente, veja a obra de N. Baccan et al., nesta lista de sugestões.) Capítulo 9 Principais conteúdos conceituais do capítulo • Conceito de polimerização por adição • Exemplos importantes de polímeros de adição • Noção sobre elastômeros • Vulcanização da borracha • Conceito de polimerização por condensação • Exemplos importantes de polímeros de condensação • Polímeros termofixos e polímeros termoplásticos • Noções sobre a composição de fibras têxteis Polímeros sintéticos Conteúdos procedimentais que podem ser desenvolvidos • Reconhecer as classes funcionais presentes nos polímeros mais significativos. • Dada a fórmula (ou o nome Iupac) de um monômero vinílico, ser capaz de equacionar a polimerização desse monômero. • Analisar a fórmula estrutural de um polímero vinílico e, com base nessa análise, deduzir qual a fórmula do monômero que provavelmente foi empregado na síntese. • Analisar a fórmula estrutural de um poliéster ou de uma poliamida e deduzir qual(is) a(s) fórmula(s) do(s) monômero(s) empregado(s) em sua síntese. Conteúdos atitudinais que podem ser desenvolvidos • Prestar atenção aos códigos de reciclagem estampados em objetos plásticos e ser consciente da importância da reciclagem desses materiais. • Ponderar que os avanços técnicos são, quase sempre, conseqüência da utilização de princípios científicos. • Perceber que muito do conforto da vida moderna se deve à utilização de progressos da Química. • Perceber a necessidade de discussão constante do tema “desenvolvimento versus respeito ao ambiente”. Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Comentário geral Este é um capítulo pequeno, mas bastante significativo e normalmente muito bem recebido pelos alunos. A participação dos polímeros sintéticos na vida diária é algo notório e os estudantes costumam achar interessante descobrir o que são alguns dos materiais cujos nomes já conhecem de longa data, tais como polietileno, poliestireno, PVC, PVA, náilon, poliéster, poliuretana e policarbonato. Textos ao professor ENTENDENDO AS ETIQUETAS DAS ROUPAS LAVAGEM • Pode ser lavado na máquina. O número indica a temperatura máxima da água durante a lavagem. Neste exemplo a temperatura máxima indicada é 60 C. • Deve ser lavado a mão. Origem dos termos científicos • A palavra “polímero” vem do grego polys, muito, e meros, parte. “Monômero” vem de monos, um, e meros, parte. • “Plástico” vem do grego plastikós, que significa “referente às dobras do barro”. Em latim essa palavra se tornou plasticu, significando “que pode ser moldado”. Assim, os modernos materiais plásticos têm esse nome porque podem ser facilmente modeláveis no formato desejado, produzindo-se com eles os mais variados objetos. Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. • Deve ser lavado a seco (não usar água). • Pode ser usado alvejante. • Não pode ser usado alvejante. Temas para pesquisa • “A história da descoberta dos plásticos.” • “Como um plástico é modelado no formato desejado?” • “Tempo de persistência dos diversos materiais presentes no lixo antes de sua degradação.” LAVAGEM A SECO A • Pode ser lavado a seco. Lavagens a seco devem ser feitas por lavanderias especializadas. A letra no interior do círculo pode ser A, F ou P e indica o produto químico que a lavanderia deve usar.* • Não lavar a seco. Temas para discussão em grupo • “Plásticos são realmente melhores que os materiais naturais?” • “Que substitutos há para os plásticos?” • “Todos os objetos de matéria plástica comercializados são indispensáveis?” • “O impacto ambiental causado pelos plásticos já se faz notar de modo apreciável no mundo contemporâneo?” • “Os inconvenientes que acompanham o uso dos plásticos compensam suas vantagens?” • “Se houvesse súbita redução na produção de plásticos, quem se ressentiria mais: os países ricos ou os países pobres?” A SECAGEM • Pode ser seco em secadora. • Não deve ser seco em secadora. • Secar verticalmente (varal). • Secar em cabide. • Deve ser seco na horizontal, sobre uma superfície plana. Experimentos MOLDAGEM DE UM PLÁSTICO O artigo de Braathen e colaboradores, indicado em Sugestões de leitura complementar para o professor, propõe um experimento em que uma resina polimérica é produzida e moldada. Esse experimento chama a atenção para a origem etimológica da palavra plástico, que indica a capacidade de ser moldado. PASSAR A FERRO 1 • Passar a baixa temperatura (no máximo 120 C). • Passar a temperatura média (no máximo 160 C). 2 3 • Passar a alta temperatura. • Não passar a ferro. POLIMERIZAÇÃO O livro de Mano e Seabra, indicado nas Sugestões de leitura complementar para o professor, contém algumas práticas de polimerização. * A letra A indica que pode ser lavado a seco com os solventes comumente usados para tal fim, F sugere solventes fluorados e P recomenda lavagem com percloroetileno (Cl2C l CCl2). TEMPO PARA DEGRADAÇÃO DE ALGUNS MATERIAIS JOGADOS AO MAR O autor descreve as razões pelas quais alguns desses materiais são chamados de “plásticos inteligentes” e quais as aplicações dessa promissora classe de materiais. FAEZ, R.; REIS, C.; FREITAS, P. S.; KOSIMA, O. K.; RUGGERI, G.; DE PAOLI, M.-A. Polímeros condutores. Química Nova na Escola, n. 11, 2000. p. 13-18. Esse artigo apresenta uma discussão sobre o que são os polímeros condutores e o mecanismo sugerido para o fato de conduzirem a eletricidade. Também discute sua síntese e aplicações. FRANCHETTI, S. M.; MARCONATO, J. C. A importância das propriedades físicas dos polímeros na reciclagem. Química Nova na Escola, n. 18, 2003. p. 42-45. MANO, E. B.; MENDES, L. C. Introdução a polímeros. 2. ed. São Paulo: Edgard Blücher, 1999. Livro que fornece uma visão geral dos polímeros, sua composição, suas propriedades, sua produção e suas aplicações. Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Jornais 14 a 42 dias Embalagens de papel Guardanapos de papel e frutas Pontas de cigarro e fósforos 1a4 meses 3 meses 2 anos 5 anos 30 Chicletes Náilon anos 100 anos 1 milhão de anos Garrafas de plástico Garrafas e frascos de vidro MANO, E. B.; SEABRA, A. P. Práticas de Química Orgânica. 3. ed. São Paulo: Edgard Blücher, 1987. Livro de práticas destinado aos cursos universitários que contêm Química Orgânica experimental. Nele há algumas práticas de polimerização que podem ser realizadas em laboratórios bem equipados. Se for esse o caso da sua escola, sugerimos a síntese da resina fenol-formaldeído (p. 177) ou da resina uréia-formol (p. 179). MATEUS, A. L. Química na cabeça. Belo Horizonte: Ed. UFMG, 2002. Apresenta uma série de experimentos clássicos, que podem ser usados para problematizar e/ou ilustrar pontos da Química do nível médio. A parte 3 do livro, intitulada “Artes plásticas: polímeros em ação”, aborda dezesseis experimentos envolvendo polímeros. Os materiais necessários são relacionados, o procedimento é descrito e os resultados esperados são comentados. ROCHA-FILHO, R. C. Nobel 2000. Polímeros condutores: descoberta e aplicações. Química Nova na Escola, n. 12, 2000. p. 11-14. O artigo relata as biografias dos três ganhadores do Prêmio Nobel 2000 e algumas das aplicações dos polímeros condutores de corrente elétrica. SANTA MARIA, L. C.; LEITE, M. C. A. M.; AGUIAR, M. R. M. P.; OLIVEIRA, R. O.; ARCANJO, M. E.; CARVALHO, E. L. Coleta seletiva e separação de plásticos. Química Nova na Escola, n. 17, 2003. p. 32-35. SOUZA, P. P.; SILVA, G. G.; AMARAL, L. O. F. O cotidiano é meio amorfo: transição vítrea; uma abordagem para o ensino médio. Química Nova na Escola , n. 20, 2004. p. 21-25. SPINACÉ, M. A.; DE PAOLI, M. A. A tecnologia da reciclagem de polímeros. Química Nova, v. 28, n. 1, 2005. p. 65-72. WAN, E.; GALEMBECK, E.; GALEMBECK, F. Polímeros sintéticos. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, n. 2, 2001. p. 5-8. Os autores apresentam, em linhas gerais, as propriedades das estruturas poliméricas enfocando, entre elas, a transição vítrea, que responde pelas propriedades de algumas resinas presentes no cotidiano (por exemplo, amolecimento da goma de mascar quando é colocada na boca e, portanto, submetida à temperatura corporal). Fonte: Companhia de Tecnologia e Saneamento Ambiental (Cetesb) e Fundação Estadual de Engenharia e Meio Ambiente (SP), in Vanessa de Sá, Folha de S.Paulo, Oceanos (caderno especial), 17 maio 1998. p. 7. Sugestão de leitura complementar para o aluno VANIN, J. A. Alquimistas e químicos: o passado, o presente e o futuro. São Paulo: Moderna, 1994. (Coleção Polêmica) Paradidático que oferece um panorama da atuação da Química e dos químicos. Os capítulos 5, 6 e 7 apresentam várias aplicações práticas dos materiais poliméricos. Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova são disponibilizados em http://quimicanova.sbq.org.br/QN_OnLine_Geral.htm Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc BRAATHEN, P. C.; SILVA, A. M.; FÁTIMA, A.; MOREIRA JÚNIOR, S. S. Plásticos: molde você mesmo! Química Nova na Escola, n. 13, 2001. p. 47-48. Os autores sugerem um experimento de baixo custo que permite sintetizar e modelar uma resina polimérica à base de uréia e formol. Atente, contudo, para as medidas de segurança necessárias. DE PAOLI, M.-A. Plásticos inteligentes. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, n. 2, 2001. p. 9-12. Capítulo 10 Noções sobre alguns compostos presentes em seres vivos Principais conteúdos conceituais do capítulo • Estrutura dos triacilgliceróis • Noção da distinção, em nível molecular, entre óleos e gorduras • Ácidos graxos saturados, monoinsaturados e poliinsaturados • Aproveitamento de triacilgliceróis na produção de sabão • Mecanismo de atuação do sabão ou do detergente na limpeza • Conceito de α-aminoácido e de ligação peptídica • Noção do que é proteína • Hidrólise de proteínas • Enzimas • Principais carboidratos e sua ocorrência natural • Carboidratos como fonte energética na dieta • Obtenção do etanol por fermentação alcoólica • Riscos oferecidos pelo consumo de bebidas alcoólicas • Breves noções sobre ácidos nucléicos Conteúdos procedimentais que podem ser desenvolvidos • Representar o triacilglicerol obtido a partir de um certo ácido graxo. • Equacionar a produção de sabão a partir de um certo triacilglicerol. • Demonstrar, a partir da fórmula molecular, se um ácido graxo é saturado ou insaturado. • Representar a estrutura genérica de um α-aminoácido. • Equacionar a formação de uma ligação peptídica. • Observar a fórmula estrutural de um monossacarídio e identificar nela os grupos funcionais presentes. • Equacionar a formação da sacarose a partir da glicose e da frutose. • Equacionar a formação do amido e da celulose a partir da glicose. • Equacionar a obtenção do etanol a partir da sacarose. Conteúdos atitudinais que podem ser desenvolvidos • Perceber que muito do conforto da vida moderna se deve à utilização de progressos da Química. • Valorizar os progressos da Ciência e suas aplicações como agentes do bem-estar humano. • Valorizar a alimentação variada e adequada para a manutenção da saúde. • Interessar-se pelos próprios direitos de consumidor. • Ponderar sobre os riscos representados pelos esteróides anabolizantes. • Valorizar os conhecimentos de povos antigos no tocante à panificação. • Ter consciência da complexidade das questões éticas colocadas pelos recentes avanços na área genética. Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Comentário geral Este capítulo é relevante para a formação do aluno, pois muitos conceitos estudados ao longo do livro são aplicados para conhecer importantes grupos de substâncias para os seres vivos. Caso não haja tempo de abordar em sala este capítulo, sugerimos que ele seja trabalhado de algum modo que não envolva gasto de muitas aulas. O capítulo pode ser estudado como se fosse um livro paradidático e os alunos podem realizar pequenos trabalhos escritos que demonstrem que compreenderam a essência dos assuntos apresentados. Há uma lista de temas para pesquisa, sugeridos mais à frente, que podem ser incorporados a essa atividade. Origem dos termos científicos • Os carboidratos de moléculas relativamente pequenas (mono e dissacarídios, por exemplo) são também conhecidos como “glicídios”, do grego glykys, doce. O nome “glicose” tem também a mesma origem. E o glicerol (ou glicerina), que tem sabor adocicado, também! • “Sacarose” vem do grego sákkharos, pelo latim saccharum, açúcar de cana. • “Lactose” vem do grego laktis, leite. “Galactose” vem do grego gálaktos, que também significa leite. • “Maltose” vem da palavra malte, que designa a mistura de água e substâncias extraídas de grãos de cereais germinados. • “Amido” vem do grego ámylon, não moído, por meio do latim medieval amidum, massa para bolo feita de farinha de trigo. • “Celulose” vem da palavra célula acrescida do sufixo ose, comum na terminação do nome de carboidratos. A celulose é o material presente na parede celular, que envolve as células vegetais. A água possui uma alta tensão superficial ou, em outras palavras, sua superfície possui uma resistência relativamente alta a ser atravessada por pequenos objetos. Isso é explicado pelas ligações de hidrogênio que mantêm as moléculas fortemente unidas. Molécula “típica” presente no líquido Molécula da superfície Temas para pesquisa Além do tema sugerido no capítulo (“Por que os detergentes sintéticos e os sabões são chamados de agentes tensoativos?”), outras propostas são: • “Produtos da indústria de fermentação.” Esse tema permite aos alunos perceber que a importância da fermentação se estende para muito além da produção de etanol. • “O que são esteróides? Eles podem ser incluídos na categoria dos lipídios, das proteínas ou dos carboidratos? E o que são os esteróides anabolizantes? Que risco representam?” • “Curtição do couro: em que consiste e para que serve?” Uma molécula “típica” presente em um líquido é atraída por todas as suas vizinhas. Já uma molécula da superfície só é atraída pelas moléculas laterais e inferiores. Há uma “compactação” maior entre as moléculas da superfície, o que dá origem à tensão superficial do líquido, que será tanto mais forte quanto mais intensas forem as interações intermoleculares. Fonte da ilustração: M. D. Joesten e J. L. Wood, World of Chemistry. 2. ed. Orlando, Saunders, 1996. p. 192. Experimento PÃO CASEIRO O professor pode dividir a classe em equipes. Cada uma deve pesquisar e trazer para a escola uma receita de pão caseiro e os ingredientes. Na receita deve ser usado fermento biológico, constituído por leveduras da espécie Saccharomyces cerevisae. Fazer o pão durante uma aula prática, com a supervisão do professor. Chame a atenção dos alunos para o crescimento da massa enquanto ela “descansa”. Se achar conveniente, faça o teste da bolinha. Retire uma bolinha de massa crua assim que ela terminar de ser amassada. Jogue-a dentro de um copo com água e observe como afunda. Deixe a massa em repouso e examine sempre a bolinha no copo. Depois de certo tempo (que varia dependendo da temperatura do dia), a bolinha sobe e passa a flutuar na água. Isso evidencia que a massa já pode ir ao forno. E a explicação? Inicialmente a densidade da bolinha é maior que a da água e ela afunda. Com a fermentação, gás carbônico é liberado dentro da massa e o volume da bolinha aumenta. Isso faz a sua densidade diminuir progressivamente até que, num certo instante, se torna menos densa que a água e passa a flutuar. Vale a pena, por exemplo, investigar o efeito da temperatura sobre a atividade das leveduras. Uma bolinha pode ser colocada na água gelada, e o tempo necessário para a subida pode ser marcado e comparado com a bolinha jogada em água à temperatura ambiente. Isso ilustra por que podemos guardar massa de pizza crua na geladeira para usar no dia seguinte. A presença de sabões e detergentes diminui a tensão superficial, porque essas substâncias tendem a se acumular na superfície, diminuindo a força atrativa entre as moléculas. Dizemos que são agentes tensoativos ou surfactantes, pois atuam sobre a tensão superficial. Moléculas de água Água pura A elevada tensão superficial da água se explica pelas fortes atrações entre uma molécula da superfície e suas vizinhas. Moléculas de detergente Água + Detergente As moléculas de detergente tendem a se acumular na superfície da água, reduzindo a tensão superficial desse líquido, já que as forças atrativas entre as moléculas de detergente não são tão fortes. Fonte das ilustrações: C. H. Snyder. The estraordinary Chemistry of ordinary things. 4. ed. New York, John Wiley, 2003. p. 311, 313. DETERGENTES CATIÔNICOS Textos ao professor SABÕES E TENSÃO SUPERFICIAL Se colocarmos uma pequena agulha com cuidado sobre a superfície da água pura, ela permanecerá aí, apesar de ser feita de um material mais denso que a água. Se, no entanto, adicionarmos uma gota de detergente à água, imediatamente ela afundará. Os detergentes catiônicos do tipo sal de amônio quaternário possuem efeito germicida, isto é, matam microrganismos (germes). CH3 H3C [ CH2 ]11 N CH3 Exemplo de um sal quaternário de amônio que age como detergente catiônico CH3 Cl Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Por esse motivo, ao ler o rótulo de alguns produtos desinfetantes para uso sanitário, você encontrará inscrições do tipo “ingrediente ativo: quaternário de amônio”. Outra interessante aplicação dos detergentes catiônicos está em alguns dos líquidos para enxaguar e higienizar a boca nos quais há cloreto de cetipiridínio, que atua como detergente na remoção das sujeiras que se acumulam nos dentes e têm relação com a formação da placa bacteriana. Sua fórmula estrutural é: H3C [ CH2 ]15 N Cloreto de cetil-piridínio Cl ÁCIDOS GRAXOS cis E trans: ISSO INTERESSA À SUA SAÚDE A relação direta entre dietas ricas em gorduras saturadas e ataques cardíacos é bem conhecida. Ácidos graxos saturados são geralmente encontrados em gorduras sólidas ou semi-sólidas, enquanto ácidos graxos insaturados são usualmente encontrados em óleos. Como resultado, os nutricionistas recomendam o uso de óleos vegetais líquidos para cozinhar, e as pessoas em geral estão cientes desse conselho. Menos conhecido, contudo, é o processo pelo qual são feitas a margarina e as gorduras semi-sólidas usadas para cozinhar. O hidrogênio é adicionado às ligações duplas C l C de óleos insaturados para convertê-los em uma gordura sólida ou semisólida de melhor consistência e com menor chance de estragar. Esse processo de hidrogenação diminui o número de ligações duplas mas também produz ácidos graxos trans a partir de ácidos graxos cis naturais. Os ácidos graxos trans não são metabolizados pelo organismo humano, mas podem ficar armazenados por toda a vida, uma vez que os ácidos graxos trans possuem moléculas “retas” e se unem da mesma maneira que os ácidos graxos saturados. Em contraste, os ácidos graxos cis têm moléculas “curvas” e não se “empacotam” bem. Os riscos à saúde provocados pelos ácidos graxos trans serão reduzidos se não ingerirmos gorduras vegetais hidrogenadas. Como saber quais produtos são feitos com elas? Simples. Basta ler o rótulo! Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Representação das moléculas de ácidos graxos trans no estado sólido. Fonte: KOTZ, John C. et al. The chemical world: concepts and applications. Orlando: Saunders, 1994. p. 482. (Tradução nossa.) A LECITINA E OS ESTERÓIDES SÃO LIPÍDIOS Além de triacilgliceróis, há outras substâncias que também são incluídas na categoria de lipídios: a lecitina e os esteróides. Lecitina A lecitina, também denominada fosfatidilcolina, apresenta a fórmula estrutural mostrada a seguir. Nela podemos reconhecer uma semelhança com os triacilgliceróis. Trata-se, na verdade, de um derivado do glicerol por formação de éster com duas moléculas de ácidos graxos. O terceiro grupo OH do glicerol é usado em ligação com um grupo fosfato, que, por sua vez, se acha ligado a uma molécula de colina. Grupo fosfato CH3 CH3 +N O– CH2 CH2 O P O H C O O CH2 O C O C CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH CHCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3 CH3 Fragmento de uma molécula chamada colina H C H O CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3 Dois fragmentos de ácidos graxos Extremidade polar Glicerol Cadeia apolar Estrutura de uma molécula de fosfatidilcolina (lecitina). Em nosso organismo, a lecitina participa do transporte de óleos e gorduras, que não são solúveis em água. É fácil explicar esse papel desempenhado pela lecitina. Ela possui uma extremidade polar e uma longa cadeia apolar. Assim sendo, ela apresenta propriedades parecidas com as do sabão. Do ponto de vista comercial, a lecitina é empregada em vários produtos, sempre visando promover a “conciliação” entre substâncias apolares e a água, que é denominada emulsificação. Exemplos de produtos que usam a lecitina como emulsificante são leite em pó instantâneo, sorvetes, chocolates e margarinas. A gema de ovo possui quantidades apreciáveis de lecitina e, por esse motivo, é usada para promover a emulsificação do óleo no vinagre, durante o preparo da maionese. Esteróides Os esteróides constituem um grupo de compostos muito abundantes nos seres vivos. Todos eles contêm um esqueleto molecular, denominado núcleo esteróide. Progesterona — Hormônio sexual feminino, indispensável à manutenção da gravidez. Age na parede do útero, preparando-a para receber o óvulo fecundado e dar início à gestação. Do estudo químico da progesterona e de outros hormônios esteróides envolvidos no processo de ovulação e menstruação surgiram as pílulas anticoncepcionais, compostas, em geral, de “hormônios sintéticos”, que, uma vez administrados regularmente, impedem a ovulação e, conseqüentemente, a gravidez. CH3 Núcleo esteróide Os esteróides também são conhecidos como lipídios nãosaponificáveis, uma vez que não são hidrolisados por soluções alcalinas, ou seja, não participam de reações de saponificação. Embora sejam encontrados freqüentemente em animais e vegetais, os esteróides mais importantes têm origem animal. Muitos deles desempenham importantes papéis biológicos. Vejamos alguns exemplos significativos. Colesterol — Nosso corpo consegue absorver o colesterol presente na comida e também é capaz de sintetizá-lo. Ele toma parte na constituição de nossas membranas celulares e também serve como “matéria-prima” para a síntese de alguns hormônios, da vitamina D e dos sais biliares, que participam da digestão das gorduras. O fígado sintetiza cerca de 90% dos 3 g a 5 g diários de colesterol que nosso corpo produz. Esse composto representa cerca de um sexto do peso seco do cérebro e sistema nervoso. No entanto altas concentrações de colesterol no sangue são responsáveis pela formação de depósitos dessa substância nas paredes das artérias, estreitando-as, prejudicando a circulação e aumentando a probabilidade de ataques cardíacos e acidentes vasculares cerebrais. CH3 C CH3 CH3 O O Progesterona Testosterona — Hormônio sexual masculino, produzido nos testículos. É o responsável pelos efeitos notados durante a adolescência no corpo dos rapazes, tais como, desenvolvimento dos órgãos sexuais, mudança de voz, aparecimento de pêlos no rosto, no púbis e sob as axilas. A testosterona é, também, a responsável pela maior massa muscular dos homens em relação às mulheres, o que é denominado efeito anabólico da testosterona. OH CH3 CH3 CH3 O HO Colesterol Testosterona Cortisona — Um dos muitos hormônios produzidos pela glândula adrenal. Desempenha importante papel no controle do metabolismo de açúcares e tem uso medicamentoso no alívio de sintomas inflamatórios, especialmente no caso de artrite. CH2OH C CH3 O OH O CH3 O Cortisona Vitamina D2 — Sintetizada pelo organismo a partir de precursores presentes na alimentação e exposição à luz solar. A deficiência dessa vitamina pode provocar raquitismo e vários tipos de problemas ósseos. Esteróides anabolizantes — Por causa do efeito anabólico, alguns atletas começaram a fazer uso de injeções de testosterona, na tentativa de aumentar a massa muscular, a força e a resistência. Como se trata de uma droga de difícil administração, foram desenvolvidas variações químicas de testosterona, administráveis por via oral. Trata-se dos esteróides anabolizantes, que, apesar de proibidos pelas entidades que regulamentam as várias categorias esportivas, são consumidos por alguns atletas. Sua utilização prolongada pode provocar esterilidade, impotência, ginecomastia (crescimento do tecido mamário), lesões no fígado e nos rins, doenças cardíacas, depressão, ansiedade e outros distúrbios psíquicos. Um exemplo desse tipo de droga é o estanozolol, detectado na urina do corredor canadense Ben Johnson após a corrida de cem metros nas Olimpíadas de Seul, em 1988 — o que lhe valeu a perda da medalha e severa suspensão das competições. OH CH3 CH3 CH3 CH3 CH2 N N H Vitamina D2 (calciferol) Estanozolol Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. ESTRUTURA PROTÉICA Para compreender melhor a estrutura de uma proteína costumase dividi-la em quatro níveis: • Estrutura primária. Diz respeito à maneira como os aminoácidos estão ordenados. • Estrutura secundária. Está relacionada à maneira como a molécula pode adquirir o formato de uma hélice ou de uma folha dobrada. • Estrutura terciária. É definida pelo modo como a grande molécula de uma proteína se enrola sobre si mesma, estabelecendo ligações entre pontos diferentes da molécula, distantes uns dos outros na estrutura primária. • Estrutura quaternária. Muitas proteínas são formadas por mais de uma cadeia polipeptídica. A associação dessas cadeias resulta na estrutura quaternária da proteína. Estrutura primária O que diferencia uma proteína de outra é, em última análise, a seqüência com que os aminoácidos se unem. Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A α-hélice consiste num arranjo que lembra uma mola ou uma “espiral” dessas utilizadas em cadernos. Nesse arranjo, as ligações de hidrogênio são estabelecidas entre grupos situados em voltas consecutivas dessa “espiral”. Um esquema detalhado da α-hélice aparece nas figuras , e . A estrutura protéica do tipo α-hélice foi descoberta pelo químico americano Linus Pauling, que, por isso, recebeu o Prêmio Nobel em 1954. Aminoácido 1 N C N C C N C C C C C C C C N C N C N C C N C 0,15 nm C C C C A ordem em que os aminoácidos aparecem numa proteína é denominada estrutura primária dessa proteína. Em uma grande seqüência de aminoácidos, a troca de um deles por outro pode comprometer seriamente a atividade protéica. Em outras palavras, a alteração da estrutura primária pode afetar consideravelmente uma proteína. Como exemplo, considere a hemoglobina humana. Ela é formada por quatro cadeias protéicas, cada uma com mais de cem aminoácidos unidos. A doença hereditária chamada anemia falciforme provoca a substituição do sexto aminoácido da seqüência, um ácido glutâmico (Glu), por uma valina (Val). -4 -5 -6 -7 -8 -9 C C C C C N C C C N C C 0,5 nm Hemoglobina normal - Thr - Pro - Glu - Glu - Lys - Ala Hemoglobina alterada - Thr - Pro - Val - Glu - Lys - Ala Essa substituição é suficiente para fazer com que os glóbulos vermelhos — células onde se encontra a hemoglobina — tenham seu formato altamente distorcido. Essas células podem obstruir pequenos vasos sangüíneos e causar crises dolorosas. Além disso, essas células alteradas são eliminadas pelo próprio organismo em menos de trinta dias após seu aparecimento no sistema circulatório. (Apenas para comparação, saiba que um glóbulo vermelho normal permanece cerca de quatro meses no sangue.) Durante a destruição dos glóbulos vermelhos alterados, forma-se uma substância denominada bilirrubina, que deixa o doente com uma coloração amarelada na pele. Estrutura secundária Se as proteínas se caracterizassem apenas pela estrutura primária, elas seriam formadas por longas moléculas com um formato aleatório, que poderia ser comparado ao de uma fita tremulando ao vento. No entanto, evidências experimentais mostram que não é isso que acontece. As proteínas apresentam uma estrutura tridimensional via de regra bem definida. A estrutura secundária de uma proteína consiste num arranjo tridimensional que se deve às ligações de hidrogênio estabelecidas entre os grupos N k H e C l O próximos entre si na disposição espacial da proteína. N C N C C O N C N C C O C O N C N C C N C N C C O C O C O O N C C O O C N H O C Ligação de hidrogênio Estrutura protéica tridimensional secundária de α-hélice. No esquema temos a seqüência helicoidal mostrando apenas o carbono central de cada aminoácido. Em aparecem também os carbonos e nitrogênios dos grupos amida. Em são mostrados também os oxigênios e hidrogênios dos grupos amida, bem como as ligações de hidrogênio entre N k H e C l O, responsáveis pela manutenção da hélice. Fonte da ilustração: D. D. Dressler e H. Potter, Discovering enzymes. New York, Scientific American Library, 1991. p. 118. As duas estruturas secundárias comuns são a α-hélice e a β-conformação. Aminoácido 2 A β-conformação, também denominada conformação de folha pregueada ou folha dobrada, consiste num arranjo em que duas partes da mesma cadeia protéica (ou eventualmente de cadeias distintas) estabelecem ligações de hidrogênio entre seus grupos N k H e C l O. O arranjo resultante lembra o de uma folha de papel dobrada em forma de ziguezague. Um esquema da β-conformação é mostrado na figura . • Ligações de hidrogênio. Grupos laterais que possuam hidrogênio ligado a nitrogênio (N k H) ou oxigênio (O k H) podem estabelecer ligações de hidrogênio com os grupos laterais de outros aminoácidos que apresentem oxigênio ou nitrogênio. CH H Cadeia protéica O CH3 Treonina ....... H O CH2 Serina CH H3C Cadeia protéica Fenilalanina Fonte da ilustração: D. D. Dressler e H. Potter, Discovering enzymes. New York, Scientific American Library, 1991. p. 122. CH3 Valina O cabelo e a lã consistem essencialmente de queratina, uma proteína rica em aminoácidos glicina e leucina, com quantidades menores de uns doze outros aminoácidos. Muitos deles possuem grupos laterais volumosos, o que favorece a estrutura de α-hélice. Tanto o cabelo quanto a lã são bastante elásticos. Essa elasticidade se deve justamente à estrutura secundária. Quando tracionamos esses materiais, eles esticam porque a α-hélice é esticada; e, cessada a força, eles voltam à situação inicial, exatamente como uma mola. Garras, cascos e unhas também são formados por queratina. Nesses materiais, contudo, as cadeias protéicas possuem muitas ligações entre si (tipo ligações dissulfeto, apresentadas mais à frente), o que confere maior rigidez e menor elasticidade. As teias de aranha e a seda são constituídas por fibroína. Trata-se de uma proteína formada principalmente por glicina e alanina, cujos grupos laterais são pouco volumosos e propiciam a estrutura secundária do tipo β-conformação (folha pregueada). Num fio desses materiais há centenas de cadeias protéicas unidas por meio dessa conformação. Isso produz uma superfície muito lisa, que pode ser percebida ao tocar uma roupa feita de seda natural. As fibras da seda não podem ser tão esticadas quanto as da lã. Isso se deve ao fato de não apresentarem a estrutura de α-hélice, mas sim de β-conformação. Estrutura terciária A estrutura primária de uma proteína corresponde à maneira como seus aminoácidos estão ordenados, e a estrutura secundária (α-hélice ou β-conformação) se origina das interações tipo ligação de hidrogênio entre os grupos N k H e C l O. A estrutura tridimensional de uma molécula protéica também envolve um enrolar da molécula sobre si mesma, dando origem às mais variadas formas possíveis. Esse enrolar se deve à interação entre os grupos laterais dos aminoácidos. A estrutura terciária de uma proteína consiste num arranjo tridimensional proveniente das interações entre os grupos laterais dos aminoácidos presentes. Essas interações podem ser de quatro tipos: ligações de hidrogênio, interações hidrofóbicas, ligações iônicas e ligações dissulfeto. Vejamos cada uma delas. CH2 • Ligações iônicas. Também chamadas de pontes salinas, são interações decorrentes da atração entre cargas de sinais opostos existentes nos grupos laterais de dois aminoácidos. De onde vêm essas cargas? Por meio das fórmulas estruturais dos vinte aminoácidos podemos verificar que alguns deles apresentam grupos laterais que são ácidos (ácidos carboxílicos) ou básicos (aminas) e que, portanto, podem adquirir cargas em conseqüência da ionização desses grupos. CH2 COO– Cadeia protéica Ácido aspártico NH3 + Lisina [CH2]4 • Ligações dissulfeto. São ligações que se estabelecem entre dois aminoácidos do tipo cisteína, que se unem com a saída de dois átomos de hidrogênio e formação de uma ligação entre dois átomos de enxofre (k S k S k). Daí surge o nome ligações dissulfeto. É importante notar que são ligações covalentes. Alguns autores as denominam pontes de enxofre. CH2 Cisteína Cadeia protéica CH2 S S Cisteína SH SH CH2 CH2 Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Esquema que ilustra a estrutura tridimensional secundária tipo β-conformação (ou conformação em folha pregueada ou folha dobrada). Nela, porções distintas de uma mesma cadeia protéica (ou de cadeias distintas) se unem graças às ligações de hidrogênio entre os grupos N k H e C l O. Os átomos de carbono e nitrogênio da cadeia se dispõem em ziguezague, com os grupos laterais se alternando à frente e atrás dessa cadeia. • Interações hidrofóbicas. Esse é o nome que se dá às interações tipo dipolo instantâneo-dipolo induzido que se estabelecem entre grupos laterais de dois aminoácidos. Participam desse tipo de interação os aminoácidos que possuem grupos laterais apolares. A figura a seguir ilustra esses quatro tipos de interações entre os grupos laterais em uma proteína. + — [CH2]4 — NH3 – OOC — CH2 — CH2 S S CH2 CH2 O—H OH H3C — CH Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Esquema ilustrando os quatro tipos de interações entre os grupos laterais de aminoácidos, responsáveis pela estrutura terciária de uma proteína. Fonte: Esquema elaborado pelos autores a partir de M. M. Bloomfield e L. J. Stephens, Chemistry and the living organism. 6. ed. New York, John Wiley, 1996. p. 444. A diferença entre as estruturas secundária e terciária é sutil e deve ser bem entendida. Enquanto a secundária se deve às ligações de hidrogênio entre os grupos N k H e C l O (que fazem parte dos grupos amida provenientes das ligações peptídicas), a terciária se deve às interações entre os grupos laterais, freqüentemente entre aminoácidos situados a uma certa distância na estrutura primária. São justamente essas interações que fazem as moléculas protéicas se enrolarem e permanecerem com seu formato, que é essencial para desempenharem seu papel biológico. Uma analogia entre as estruturas primária, secundária e terciária pode ser feita com um fio de telefone. O fio em si representa a estrutura primária, que consiste na ordem de encadeamento dos aminoácidos. A estrutura secundária pode ser comparada ao formato “espiralado” do fio de telefone e a terciária, ao enrolar do fio sobre si mesmo, dando origem ao seu formato final. O fio de telefone fornece uma analogia para os níveis estruturais de uma proteína. A estrutura primária (seqüência de aminoácidos) corresponde ao fio propriamente dito ; a secundária (tipo α-hélice) está representada pela disposição “espiralada” ; a terciária, pelo enrolar do fio sobre si mesmo . Fonte da ilustração: P. W. Davis et al. The world of Biology. 4. ed. Orlando, Saunders, 1990, p. 73. Pode parecer, à primeira vista, que a estrutura primária de uma proteína é pouco importante e que ela de fato é caracterizada por sua estrutura secundária e terciária. Totalmente errado! Uma proteína tem suas características únicas como decorrência de sua estrutura primária. É como decorrência dela que a proteína adota esta ou aquela estrutura secundária (a-hélice ou b-conformação). É também uma conseqüência dela (dos grupos laterais) que a proteína pode dobrar-se e estabelecer sua conformação espacial característica (estrutura terciária). Proteínas globulares e fibrosas Dependendo da estrutura terciária, as proteínas podem ser divididas em dois grupos: globulares e fibrosas. Proteínas globulares são aquelas cuja molécula está muito dobrada sobre si mesma, conduzindo a um formato razoavelmente esférico. Essas proteínas em geral são solúveis em água, o que é fácil entender com o auxílio do esquema a seguir. Os aminoácidos que possuem grupos laterais apolares tendem a ficar na parte interna da estrutura e os que possuem grupos polares, na parte externa. Assim, a proteína é solúvel em água porque a parte externa, que entra em contato com a água, é polar. H 3C CH CH 3 2 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 7 8 9 10 6 1 5 21 4 2 3 20 18 14 12 13 19 Aminoácidos com grupos laterais hidrófilos Aminoácidos com grupos laterais hidrófobos 16 15 11 17 Esquema bastante simplificado de como uma proteína do tipo globular pode adquirir uma estrutura terciária, deixando os aminoácidos com grupos laterais hidrófilos na parte externa e os hidrófobos, na interna. O resultado é uma proteína solúvel em água. Fonte do esquema: S. H. Barondes, Molecules and mental illness. New York, Scientific American Library, 1993. p. 52. Exemplos de proteínas globulares são a hemoglobina, responsável pelo transporte de oxigênio em nosso sistema circulatório, e as enzimas, que aumentam a rapidez de reações de importância vital aos organismos. As proteínas fibrosas, ao contrário das globulares, adquirem a forma de longos filamentos que, em geral, ficam trançados uns nos outros como os fios em uma corda. Isso origina uma fibra altamente resistente, que torna a proteína apta a desempenhar papel estrutural. É o caso da queratina, presente em pêlos, cabelos e unhas, do colágeno, que faz parte da pele e dos tendões, e da fibroína, que constitui os fios de seda e as teias de aranha. Proteínas simples e conjugadas Na fórmula estrutural dos aminoácidos encontramos invariavelmente os elementos carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. São esses, portanto, os elementos que fazem parte de todas as proteínas. Dos vinte aminoácidos, dois apresentam enxofre: a cisteína e a metionina. Conseqüentemente, esse elemento estará presente em proteínas que os contenham. No entanto, além de C, H, O, N e S, outros elementos podem estar presentes. Isso ocorre porque há proteínas que, além dos aminoácidos, possuem outros tipos de constituintes (orgânicos ou inorgânicos) em sua estrutura. Tais constituintes são denominados grupos prostéticos e podem ser, por exemplo, açúcares, lipídios ou até mesmo moléculas coloridas, chamadas de grupos prostéticos cromóforos. As proteínas que não contêm grupos prostéticos — formadas, portanto, única e exclusivamente pela união de aminoácidos — são chamadas de proteínas simples ou homoproteínas. As que contêm grupos prostéticos são chamadas de proteínas conjugadas ou heteroproteínas. A caseína, proteína existente no leite, apresenta o fosfato (derivado do ácido fosfórico, H3PO4) como grupo prostético. Na imunoglobulina G, presente na circulação sangüínea e responsável pelo combate a doenças contagiosas, os grupos prostéticos são açúcares. A hemoglobina também é uma proteína conjugada, na qual o grupo prostético contém um átomo de ferro. É esse o grupo cromóforo responsável pela cor característica da hemoglobina. H3C CH2CH2COOH Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. H2C CH N H3C N Fe N N CH2CH2COOH CH3 Fe H2C CH CH3 Grupo heme Esquema mostrando a estrutura terciária de uma das quatro cadeias polipeptídicas presentes na hemoglobina humana. A seta indica a posição do aminoácido envolvido na anemia falciforme, doença comentada anteriormente. O destaque à direita é dado para a fórmula estrutural do grupo prostético cromóforo (chamado de heme), em cujo centro há um átomo de ferro. Fontes: I. Blei e G. Odian, General, Organic and Biochemistry; connecting Chemistry to your life. New York, Freeman, 2000. p. 610. B. H. Mahan e R. J. Myers, University Chemistry. 4. ed. Menlo Park, Benjamin-Cummings, 1987. p. 928. Estrutura quaternária A união de aminoácidos forma uma cadeia protéica (ou cadeia peptídica) que apresenta as estruturas primária, secundária e terciária que lhe são características. Há algumas proteínas, no entanto, que possuem mais de uma cadeia protéica. É o caso da hemoglobina, que é formada por quatro cadeias protéicas unidas entre si. Denomina-se estrutura quaternária o arranjo espacial resultante da união de duas ou mais cadeias protéicas que formam uma proteína. Essas cadeias podem unir-se exatamente pelos mesmos tipos de interações envolvidas na estrutura terciária. A tabela a seguir mostra as características de algumas proteínas. Entre elas, todas as que apresentam duas ou mais cadeias protéicas possuem estrutura quaternária. Proteína Massa molecular(u) 13.000 13.700 13.930 21.600 64.500 450.000 619.000 Número de aminoácidos 104 124 129 241 574 4.150 5.628 Cadeias protéicas 1 1 1 3 4 5 12 Citocromo c (humano) Ribonuclease A (pâncreas bovino) Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Lisozima (clara de ovo) Quimotripsina (pâncreas bovino) Hemoglobina (humana) RNA-polimerase (E. coli) Glutamina sintetase (E. coli) Fonte dos dados da tabela: NELSON, D. L.; COX, M. M. Lehninger Principles of Biochemistry. 3. ed. New York: Worth, 2000. p. 128. A figura abaixo ilustra a estrutura quaternária da hemoglobina humana, com suas quatro cadeias protéicas. Fe Fe Fe Fe Esquema mostrando a estrutura quaternária da hemoglobina humana. Note que são quatro cadeias peptídicas, cada qual com um grupo heme. Fonte do esquema: W. K. Purves et al. Life; the Science of Biology. 7. ed. Sunderland (Massachusetts), Sinauer, 2004. p. 43. COLÁGENO: DAS RUGAS NA PELE À CURTIÇÃO DO COURO O colágeno, proteína com alto conteúdo de glicina e prolina, é a mais abundante proteína do nosso corpo. Ela está presente na pele, nos tendões, nas cartilagens, nos vasos sangüíneos, nos ossos e nos dentes. As longas moléculas de colágeno apresentam-se unidas por meio de algumas ligações covalentes. À medida que o organismo envelhece, mais e mais ligações são estabelecidas. Como conseqüência, a pele se torna menos elástica e mais enrugada, o que é fácil de perceber ao comparar a pele de uma criança com a de uma pessoa idosa. O aumento das ligações entre as fibras de colágeno com o envelhecimento também pode ser constatado na carne que ingerimos. Um filé proveniente do abate de um bezerro é bem mais macio que o de um boi velho. O mesmo ocorre com carne de aves: “galinha velha tem que ser cozida por mais tempo!” O colágeno é também o principal componente do couro. Na préhistória o ser humano começou a usar peles de animais para confeccionar vestimentas. No entanto, após alguns dias, o couro começava a se decompor e tinha de ser descartado e substituído por outro. Foi na região do Mar Mediterrâneo, há cerca de 3.500 anos, que o processo da curtição do couro foi inventado e, com ele, as peles passaram a ter uma durabilidade muito maior. Esse processo consistia essencialmente em deixar o couro em contato com substâncias químicas extraídas de vegetais, em geral casca de árvores. Essas substâncias, denominadas taninos, são constituídas por longas moléculas com vários grupos fenol. Elas são capazes de propiciar o estabelecimento de ligações de hidrogênio entre as moléculas de colágeno, tornando-as menos sujeitas à decomposição sob a ação de microrganismos. Hoje o processo da curtição do couro é basicamente o mesmo, só que outras substâncias mais apropriadas que o tanino foram descobertas e são usadas atualmente. Elas estabelecem ligações covalentes entre as moléculas de colágeno, tornando o couro ainda mais durável. APROVEITANDO A DESNATURAÇÃO PROTÉICA Os cabelos são formados por uma proteína chamada queratina. Na sua composição entram várias unidades de cisteína. Entre duas moléculas de proteína, os grupos R da cisteína reagem formando ligações dissulfeto (pontes de enxofre). O HS CH2 CH NH2 C OH Cisteína CH2 CH2 CH2 CH2 SH SH SH SH HS HS HS HS CH2 CH2 CH2 CH2 Saída de H CH2 CH2 CH2 CH2 S S S S S S S S CH2 CH2 CH2 CH2 Cadeia de proteína Ligações dissulfeto Fonte: Esquema elaborado a partir de H. S. Stoker, Chemistry; a science for today. New York, Macmillan, 1989. p. 830. Quando alguém faz permanente no cabelo, utiliza um produto que abre essas ligações e em seguida outro que as fecha novamente, deixando o cabelo como desejado. O cabelo novo que nasce será igual ao existente anteriormente e, por esse motivo, a permanente precisa ser refeita de tempos em tempos. ALGO MAIS SOBRE MONOSSACARÍDIOS Frutose (C6H12O6) Também conhecida como levulose ou açúcar das frutas, a frutose é uma cetose encontrada em vários sucos de frutas e também no mel. É o açúcar de sabor mais doce que se conhece, sendo inclusive mais doce que o açúcar de cana, a sacarose. Na natureza, a frutose é freqüentemente encontrada em combinação com a glicose, na forma do dissacarídio sacarose. Galactose (C6H12O6) A galactose não é encontrada na natureza na forma livre de um monossacarídio. Sua ocorrência mais importante se dá no leite, no qual aparece combinada com a glicose, formando o dissacarídio lactose. O polissacarídio ágar-ágar, obtido de certos tipos de algas marinhas, é constituído pela união de muitas moléculas de galactose. Trata-se de um material que os seres humanos não conseguem digerir e que é usado para elaborar balas de goma, para espessar sorvetes e molhos e também para fazer meios de cultura para o crescimento de microrganismos em laboratório. Glicose (C6H12O6) A glicose também é conhecida como dextrose, açúcar do sangue ou açúcar das uvas. Trata-se do mais comum dos açúcares com seis carbonos na molécula e também a única aldose que é comumente encontrada na natureza na forma de monossacarídio. É a fonte imediata de energia para as reações que ocorrem em nossas células, tais como aquelas que dão origem aos movimentos musculares, à cicatrização de machucados e à transmissão de impulsos nervosos. Um adulto possui cerca de 5 a 6 gramas de glicose livre em seu sangue, quantidade suficiente apenas para garantir o funcionamento do organismo por cerca de 15 minutos. Sendo assim, o organismo Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. deve repor continuamente glicose no sangue, a partir do fígado e dos músculos, onde ela fica armazenada na forma de glicogênio (apresentado mais à frente). O nível de glicose no sangue permanece razoavelmente constante, embora possa aumentar um pouco logo depois das refeições e cair após um longo período de jejum. Industrialmente, a glicose é produzida por meio da hidrólise do amido proveniente de vegetais. O amido de milho é largamente usado para tal finalidade. A hidrólise do amido pode ser assim representada: (C6H10O5)n Amido disso, possui aplicação nutricional em dietas ricas em calorias: pode-se ingerir muito dela sem que se fique enjoado com um sabor exageradamente doce. Maltose (C12H22O11) Malte é o nome que se dá a uma mistura de água com substâncias extraídas de grãos (sementes) de cereais germinados (isto é, com as sementes iniciando seu desenvolvimento) sob condições controladas. Durante a produção do malte, o amido (polissacarídio da glicose) presente nos grãos dos cereais sofre hidrólise total ou parcial, dando origem a unidades menores: moléculas de glicose (monossacarídio), de maltose (dissacarídio) e de dextrinas (formadas por algumas dezenas de moléculas de glicose unidas). Como conseqüência de sua presença no malte, a maltose é também conhecida como açúcar do malte. n H2 O n C6H12O6 Glicose ALGO MAIS SOBRE DISSACARÍDIOS Lactose (C12H22O11) O açúcar presente no leite dos mamíferos é o dissacarídio lactose, cujas moléculas são formadas pela combinação de uma molécula de glicose com outra de galactose. No leite de vaca, a lactose corresponde de 4% a 5%. No leite humano sua participação é maior, estando na faixa de 6% a 8%. A lactose, quando pura, é um sólido cristalino incolor praticamente sem gosto. (Nem todo carboidrato é doce!) Em virtude Sacarose (C12H22O11) Açúcar de cana, açúcar de mesa ou açúcar de beterraba são alguns nomes usados para designar o dissacarídio sacarose. Ele é encontrado em muitos sucos de frutas e vegetais. Cada uma de suas moléculas é formada pela união de uma molécula de glicose e outra de frutose. É esse o açúcar comum que adquirimos em supermercados e que usamos em casa. No Brasil, sua produção comercial é feita a partir da garapa, o caldo obtido pela moagem da cana-de-açúcar. Em muitos países, a sacarose é fabricada a partir da beterraba. Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. O QUE É AÇÚCAR INVERTIDO? Talvez você já tenha visto em alguma embalagem de chocolate a informação de que, entre os demais ingredientes, há açúcar invertido. A sacarose pode ser hidrolisada em meio ácido ou na presença de uma enzima apropriada, denominada invertase, fornecendo glicose e frutose. C12H22O11 Sacarose H2O C6H12O6 Glicose C6H12O6 Frutose Como a mistura final é mais doce que a sacarose, essa reação permite adoçar chocolates e outros produtos com menor gasto de sacarose. A reação mostrada é chamada de inversão da sacarose. Esse nome se deve ao fato de a solução original desviar o plano da luz polarizada no sentido horário e a mistura final desviar no sentido inverso, o anti-horário. Graças a essa inversão do sentido de desvio do plano da luz polarizada, a mistura de glicose e frutose obtida por meio da hidrólise da sacarose é denominada açúcar invertido. A doçura do mel se deve ao açúcar invertido, produzido por enzimas presentes na abelha. Tais enzimas utilizam o açúcar do néctar das plantas. Sacarose Glicose Frutose H2O Ligação Reação Dissociação Invertase Enzima + substrato Complexo enzima-substrato Complexo enzima-produto Enzima + produto Representação esquemática da atuação da enzina invertase, que aumenta a rapidez da hidrólise da sacarose, também chamada de inversão da sacarose. A sacarose (substrato) se une à enzima. O complexo enzima-substrato já está formado. A hidrólise já ocorreu, e os produtos (glicose e frutose) ainda estão unidos à enzima. Os produtos se desprendem da enzima, que está apta a atuar novamente, repetindo o processo. Fonte do esquema: D. D. Dressler e H. Potter, Discovering enzymes. New York, Scientific American Library, 1991. p. 71. HIPOGLICEMIA E HIPERGLICEMIA A concentração normal de glicose no sangue se situa entre 60 e 100 mg/100 mL e permanece razoavelmente constante ao longo do tempo. No entanto, algumas circunstâncias podem alterar tal quadro. A situação de concentração sangüínea de glicose mais alta em relação ao valor normal é denominada hiperglicemia. É o que ocorre no caso da enfermidade denominada diabetes melito. Há medicamentos capazes de reduzir a taxa de açúcar no sangue de pacientes que sofram de formas leves de diabetes. Em casos mais sérios, há necessidade da administração de insulina, substância naturalmente encontrada em nosso corpo, mas, no caso dos diabéticos, em quantidade insuficiente. O papel da insulina é favorecer a metabolização do excedente de glicose pelo organismo. A condição oposta à hiperglicemia é chamada hipoglicemia, ou seja, taxa de glicose no sangue abaixo do normal. Alguns sintomas desse distúrbio são náuseas, fraqueza e sonolência. A hipoglicemia pode ser tratada com orientações médicas, regularizando a ingestão de glicose na dieta e fazendo refeições mais freqüentes. Sugestão de leitura complementar para o aluno MINC, C. Ecologia e cidadania. São Paulo: Moderna, 1998. Paradidático que apresenta e discute vários aspectos envolvidos na intervenção humana sobre o ambiente. Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova são disponibilizados em http://quimicanova.sbq.org.br/QN_OnLine_Geral.htm Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. GLICOGÊNIO O excedente de glicose que passa para o sangue após uma refeição não permanece nele; caso contrário, o indivíduo entraria em hiperglicemia, o que causaria sérios riscos à saúde. Ele é armazenado nos músculos e no fígado na forma de um outro polissacarídio de α-glicose denominado glicogênio. O glicogênio corresponde a cerca de 5% da massa do fígado e 0,5% da dos músculos. Um longo período após a refeição, quando o nível de glicose no sangue começa a diminuir, o organismo vai liberando gradualmente as moléculas de glicose que estão armazenadas na forma de glicogênio, permitindo que o nível de açúcar no sangue permaneça razoavelmente constante. Assim, pode-se dizer que o glicogênio é um “parente” muito próximo do amido. Trata-se de um polissacarídio de reserva, presente nos animais, que possui moléculas altamente ramificadas. A presença de muitas ramificações no glicogênio é extremamente importante. Quando o organismo precisa aumentar o nível de açúcar no sangue, as moléculas das extremidades é que são liberadas. Como o glicogênio é altamente ramificado, há muitas moléculas de glicose nas extremidades, permitindo uma liberação rápida de uma fonte de energia para o organismo. Polissacarídio de glicose não-ramificado BARBOSA, A. B.; SILVA, R. R. Xampus. Química Nova na Escola, n. 2, 1995. p. 3-6. Os autores desse artigo abordam o efeito dos agentes de limpeza sobre os cabelos, a sua composição química e a estrutura fundamental do cabelo. Também discutem como a acidez ou a alcalinidade de xampus afetam tal estrutura. BITTENCOURT FILHA, A. M. B.; COSTA, V. G.; BIZZO, H. R. Avaliação da qualidade de detergentes a partir do volume de espuma formado. Química Nova na Escola, n. 9, 1999. p. 43-45. Os autores propõem um experimento que envolve uma reação de efervescência que libera gás carbônico que, por sua vez, forma bolhas no sabão. O volume total de espuma é usado para avaliar a qualidade do sabão no que diz respeito à capacidade emulsificante. CORREIA, P. R. M.; DAZZANI, M.; MARCONDES, M. E.; TORRES, B. B. A Bioquímica como ferramenta interdisciplinar: vencendo o desafio da integração de conteúdos no ensino médio. Química Nova na Escola, n. 19, 2004. p. 19-23. FERRARI, R. A.; OLIVEIRA, V. S.; SCABIO, A. Biodiesel de soja – Taxa de conversão em ésteres etílicos, caracterização físico-química e consumo em gerador de energia. Química Nova, v. 28, n. 1, 2005. p. 19-23. GUGLIOTTI, M. A Química do corpo humano: tensão superficial nos pulmões. Química Nova na Escola, n. 16, 2002. p. 3-5. MÓL, G. S.; BARBOSA, A. B.; SILVA, R. R. Água dura em sabão mole... Química Nova na Escola, n. 2, 1995. p. 32-33. Sugere experimento que compara a atuação de sabão em água dura e em água mole. SANTOS, C. P.; REIS, I. N.; MOREIRA, J. E. B.; BRASILEIRO, L. B. Papel: como se fabrica? Química Nova na Escola, n. 14, 2001. p. 3-7. Apresenta a história da produção do papel, seu método de produção e suas propriedades. Polissacarídio de glicose ramificado Nesse esquema, cada pequena circunferência representa uma unidade de glicose em um polissacarídio. As extremidades estão destacadas em cinza mais claro para facilitar a visualização. No glicogênio, altamente ramificado, há muitas unidades de glicose nas extremidades, permitindo rápida liberação de glicose para o sangue quando necessário. Fonte do esquema: B. P. Mundy et al. Organic and Biological Chemistry. Orlando, Saunders, 1993. p. 283. SILVA, R. R.; FERREIRA, G. A. L.; BAPTISTA, J. A.; DINIZ, F. V. A Química e a conservação dos dentes. Química Nova na Escola, n. 13, 2001. p. 3-8. Comenta aspectos da atuação dos dentifrícios, com destaque para a atuação na limpeza e no combate às cáries. VERANI, C. N.; GONÇALVES, D. R.; NASCIMENTO, M. G. Sabões e detergentes como tema organizador de aprendizagens no ensino médio. Química Nova na Escola, n. 12, 2000. p. 15-19. Capítulo 11 Principais conteúdos conceituais do capítulo • Composição química do petróleo • Noção sobre os produtos importantes da indústria petroquímica • Carvão mineral e seu aproveitamento • Gás natural Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A Química Orgânica e o ambiente Conteúdos procedimentais que podem ser desenvolvidos • Equacionar exemplos das principais reações orgânicas estudadas ao longo do curso e que são empregadas na indústria a fim de transformar matérias-primas petroquímicas em substâncias de interesse do usuário final e da sociedade. • Separar os itens de uma lista de materiais presentes no lixo em categorias, de acordo com a possibilidade de seu reaproveitamento. • Destinar corretamente, na vivência cotidiana, os materiais passíveis de reciclagem, de acordo com a realidade do local em que se vive. Conteúdos atitudinais que podem ser desenvolvidos • Perceber a necessidade de discussão constante do tema “desenvolvimento versus respeito ao ambiente”. • Demonstrar, por meio de atos concretos, ser consciente da necessidade da reciclagem do lixo. • Valorizar as medidas de proteção ambiental. • Ponderar que os avanços técnicos são, quase sempre, conseqüência da utilização de princípios científicos. • Perceber que muito do conforto da vida moderna se deve à utilização de progressos da Química. • Efeito estufa e intensificação do efeito estufa devido à atividade humana • Biogás • Métodos usados no descarte do lixo, suas vantagens e desvantagens • Compostagem e reciclagem do lixo Comentário geral O estudo da Química Orgânica é finalizado com este capítulo 11, que retoma o tema petróleo (aproveitando, neste momento, um maior conhecimento do estudante sobre a Química Orgânica) e que trata também do carvão mineral. A importância desses materiais fósseis como matériasprimas e combustíveis é explorada, bem como as implicações de sua queima. Também são apresentadas, neste capítulo, informações sobre o efeito estufa e sobre o descarte do lixo e seu reaproveitamento, tema polêmico, atual e intrinsecamente relacionado à cidadania. Trata-se de um capítulo relevante para o desenvolvimento de conhecimentos desejáveis a qualquer cidadão. Caso não haja tempo de abordálo detalhadamente em sala, sugere-se que ele seja trabalhado de algum modo que não envolva gasto de muitas aulas. O capítulo pode, por exemplo, ser estudado como se fosse um livro paradidático e os alunos podem realizar pequenos trabalhos escritos que demonstrem que compreenderam a essência dos assuntos apresentados. Há também a possibilidade de que, se o cronograma permitir, cada grupo estude um trecho do capítulo e faça apresentações em público sobre ele. Temas para discussão em grupo • “Que aproveitamento do lixo é feito em nossa localidade?” • “O que não é feito e que se poderia fazer?” • “Que atitudes estão ao nosso alcance para colaborar no aproveitamento do lixo?” • “Que atitudes nossas incentivam indiretamente a degradação do ambiente e a piora da qualidade de vida no planeta?” Experimento DECOMPOSIÇÃO TÉRMICA DO PVC O artigo de Marconato e Franchetti, indicado em Sugestões de leitura complementar para o professor, propõe um experimento em que se promove a decomposição do PVC por aquecimento e se verifica a liberação de HCl nesse processo. Esteja atento às medidas de segurança caso opte por fazê-lo. Sugerimos que seja realizado de modo demonstrativo pelo professor. O experimento permite chamar a atenção para o risco da incineração de plásticos feita de modo caseiro, por causa da liberação de gases tóxicos. Origem dos termos científicos • A palavra “alcatrão” vem do árabe al-qatran, que quer dizer “a resina”. Tema para pesquisa • “Técnicas químicas e princípios químicos empregados na preservação do ambiente.” [RECICLAGEM: NECESSIDADE E IMPORTÂNCIA] [...] A necessidade e a importância da reciclagem do lixo advêm essencialmente [...] de um conjunto de fatores, cuja dimensão espacial constitui condicionante fundamental, como segue: a) Exaustão das matérias-primas As questões espaciais, em escala internacional, revestem-se de grande importância neste caso. As reservas de matérias-primas, sejam elas minérios ou petróleo, são finitas não apenas no mundo como um todo, mas, de modo diferenciado, em cada um dos países usuários. Assim, coloca-se, além da questão da disponibilidade (agravada pelo crescimento demográfico), também a das divisas necessárias à sua obtenção. Mesmo no caso de matérias-primas do reino vegetal (e.g. papel e celulose), verificam-se freqüentemente dificuldades com relação à disponibilidade das áreas necessárias à manutenção de um sistema de manejo sustentável, ou outros requisitos (clima, acessibilidade etc.). Isso se aplica, mutatis mutandis, de um modo geral também às matérias-primas do reino animal. b) Custos crescentes de obtenção de matérias-primas A acessibilidade diferenciada às fontes de suprimento de matérias-primas, ao longo do tempo, constitui a base geográficoeconômica deste problema. Mesmo em situações em que as matérias-primas se acham disponíveis, tendem a ser crescentes seus custos de extração e transporte. No caso da extração, isto se dá porque são normalmente exploradas primeiramente as áreas onde a ocorrência mineral (ou vegetal) apresenta maior acessibilidade e facilidade (técnica, econômica, operacional etc.) de obtenção. No caso do transporte, analogamente, isto se verifica porque tendem a ser exploradas primeiramente as áreas mais próximas, e assim sucessivamente, até atingirem-se as mais distantes, que podem situar-se no exterior. c) Economia de energia Vive-se, hoje, na região Sudeste do Brasil, sob a iminência de crises de fornecimento de energia elétrica decorrentes da falta de investimentos, estando, a distribuição inter-regional dos recursos hídricos, na base dessas crises. [...] A reciclagem de resíduos pode ensejar considerável economia de energia. Por exemplo, o papel produzido a partir da reciclagem permite redução de 71% da energia total necessária; o plástico 78,7%; o alumínio 95%; o aço 74%; o vidro 13%. d) Indisponibilidade e custo crescente dos aterros sanitários É de cunho eminentemente intra-urbano a razão de serem crescentes os custos dos aterros sanitários. Esgota-se rapidamente sua capacidade e em muitos municípios já não há mais áreas disponíveis. Em grandes cidades, especialmente em áreas metropolitanas, com o crescimento urbano e a densificação da ocupação, os preços das áreas onde poderão ser instalados novos aterros crescem celeremente. e) Custos de transporte crescentes Novamente a questão das localizações intra-urbanas constitui a principal condicionante geográfica. A coleta de lixo — por definição uma grande operação de transporte — tem seu custo, já elevado, significativamente acrescido à medida que aumentam as distâncias entre os pontos de coleta e os aterros sanitários. Estes são implantados cada vez mais longe, quando se esgotam os aterros que vinham sendo usados. f) Poluição e prejuízos à saúde pública Os resíduos acumulados constituem fonte de poluição e grande risco à saúde da população. O lixo não biodegradável e mesmo o biodegradável são depositados freqüentemente em lugares inadequados, como córregos e rios, causando enchentes e a proliferação de vetores de ampla variedade de moléstias. Mesmo nos aterros sanitários, o chorume (“licor negro”) que se forma causa a contaminação de aqüíferos e do lençol freático e, muitas vezes, escorre a céu aberto ao longo das ruas adjacentes. Segundo Powelson [...], a produção através da reciclagem polui menos que a produção a partir de matérias-primas virgens. A reciclagem do alumínio polui 95% menos o ar e 97% menos a água; a do papel 74% menos o ar e 35% menos a água; a do vidro 20% menos o ar e 50% menos a água. g) Geração de renda e emprego A reciclagem de resíduos pode constituir-se em fonte geradora de renda e de emprego. Só nos Estados Unidos, por exemplo, em 1991, as empresas ligadas à administração e reciclagem do lixo alcançaram faturamento de cerca de U$ 93,5 bilhões [...]. O número de empregos gerados é de algumas centenas de milhares. O mesmo ocorre no Japão e na Europa, onde a reciclagem representa atividade econômica amplamente desenvolvida. h) Redução dos custos de produção Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A reciclagem proporciona, conforme assinalado, a redução dos custos com energia, matéria-prima e transporte. Assim, as unidades produtivas ganham maior eficiência, reduzindo-se os custos totais de produção. [...] Fonte: CALDERONI, S. Os bilhões perdidos no lixo. 3. ed. São Paulo: Humanitas, 1999. p. 35-38. Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc CALDERONI, S. Os bilhões perdidos no lixo. 3. ed. São Paulo: Humanitas, 1999. Obra que aborda a reciclagem do lixo, com destaque para o quanto se pode lucrar economicamente com ela e o quanto se perde por não realizá-la. O livro apresenta tabelas com dados sobre a realidade brasileira na área da reciclagem de plásticos, aço, alumínio, papel e vidro. FADINI, P. S.; FADINI, A. A. B. Lixo: desafios e compromissos. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, n. 1, 2001. p. 9-18. Artigo que oferece informações sobre o impacto ambiental do lixo e como tais problemas podem ser gerenciados. MARCONATO, J. C.; FRANCHETTI, S. M. Decomposição térmica do PVC e detecção do HCl utilizando um indicador ácido-base natural: uma proposta de ensino multidisciplinar. Química Nova na Escola, n. 14, 2001. p. 40-42. O artigo propõe um experimento em que se promove a decomposição do PVC por aquecimento e se evidencia a presença de um gás de características ácidas (o HCl) nos gases emitidos nessa decomposição. Esteja atento às medidas de segurança caso opte por realizar esse experimento. RESOLUÇÕES Capítulo 1 Introdução à Química dos compostos de carbono 17 Compostos que apresentam anel benzênico. Professor: O conceito de aromaticidade é muito mais amplo e sua completa conceituação é de difícil entendimento por um aluno que está se iniciando no estudo da Química Orgânica. Nesse estágio, a resposta dada acima é bastante satisfatória para o prosseguimento dos estudos. Alternativa B. 30 31 • saturada, pois as ligações CC são todas simples; • heterogênea, pois inclui um heteroátomo. Alternativa D. A cadeia carbônica do ácido adípico é aberta, saturada, homogênea e não-ramificada (normal). Alternativa D. O trecho (I) indica uma propriedade dos metais alcalinos, como o sódio e o potássio. O trecho (II) versa sobre uma propriedade do elemento químico carbono. a) Gradezas: Massa 1,8 103 g x x Porcentagem 100% 5% 32 Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. — — 90 g 25 H2C O 26 CH CH3 b) H H C C C N H2C HC C C H N CH2 CH2 CH3 Alternativa D. H H C C C C H C C H H Fórmula molecular: C10H14N2 H H 33 Cada traço de ligação na fórmula estrutural acima indica um par eletrônico usado em ligação covalente. 34 27 Alternativa D. a) dez b) Em uma molécula de AZT há 4 átomos de oxigênio. Em um mol de moléculas de AZT (6 1023 moléculas), haverá 4 6 1023 átomos de oxigênio, ou seja, 2,4 1024 átomos de oxigênio. Alternativa A. Uma vez que o enunciado define alimento “orgânico” como aquele que é “isento de substâncias químicas”, a alternativa mais abrangente é a A. Trata-se de uma questão de interpretação de texto. A definição apresentada está em desacordo com o uso do adjetivo “orgânico” na Química. H H C C C H C H C C H C C C C H H H Fórmula molecular: C10H8 Fórmula mínima: C5H4 28 Alternativa E. Capítulo 2 OH C C C C H 16 a) b) c) d) e) f) g) h) i) CnH2n CnH2n CnH2n CnH2n CnH2n CnH2n CnH2n CnH2n CnH2n 2 H H C C C H C C C H Hidrocarbonetos ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ alcano alceno ou ciclano alceno ou ciclano alcano alcino ou dieno ou cicleno alcano alceno ou ciclano alcino ou dieno ou cicleno alcano H H Fórmula molecular: C10H8O 29 Alternativa A. A cadeia carbônica da substância mostrada é: • aberta, pois não há ciclos; • normal, pois não apresenta ramificações; 2 2 2 2 2 123 40 27 Na molécula de santonina há quatro carbonos primários, seis secundários, quatro terciários e um quaternário, conforme mostram os esquemas a seguir: 43 Alternativa C. O gás de cozinha apresenta, essencialmente, propano e butano. Em todas as alternativas aparece a fórmula estrutural de um desses dois hidrocarbonetos. O enunciado informa que há também no gás de cozinha “pequenas quantidades de mercaptana”, substância qualificada como “composto orgânico” que “contém enxofre”. Ora, apenas a alternativa C apresenta, juntamente com o butano, uma substância que é orgânica e que contém enxofre. Alternativa D. A leitura do gráfico nos permite inferir que, de cada 100 unidades de energia empregadas no mundo, cerca de 21 unidades se devem ao gás natural e cerca de 7 unidades se devem à energia nuclear. Para substituir a energia nuclear pela proveniente do gás natural, a contribuição deste último deve sofrer um aumento de 7 unidades. Isso corresponde a um aumento de 33%, como indica o cálculo a seguir: Grandezas: CH3 CH3 CH3 O O O 44 Quatro carbonos primários CH3 CH3 CH3 O O O 123 Seis carbonos secundários Energia Porcentagem 21 unidades — 100% 7 unidades — x ⇒ x 33% CH3 CH3 CH3 O O 45 O Quatro carbonos terciários CH3 CH3 CH3 O O O Um carbono quaternário 38 Alternativa B. O GLP é constituído por hidrocarbonetos com 3 e 4 carbonos na molécula. As demais frações apresentadas são formadas por hidrocarbonetos de moléculas maiores. Alternativa E. O petróleo é um recurso não-renovável que levou muito “tempo” para se formar a partir do material depositado no “fundo dos oceanos primitivos”, os quais hoje correspondem a “áreas continentais de origem marinha” ou a “áreas submarinas”. Alternativa C. O petróleo é uma mistura que contém, predominantemente, hidrocarbonetos. Borrachas, fibras e plásticos podem ser obtidos se o petróleo for submetido à separação de seus componentes e se alguns deles, por sua vez, forem empregados em reações químicas específicas. Alternativa E. Dentre as frações do petróleo apresentadas, a parafina é formada por hidrocarbonetos com mais carbonos na molécula e que apresentam, portanto, maior ponto de fusão e de ebulição. (Tanto que a parafina é sólida nas condições ambientes, enquanto que as frações apresentadas nas demais alternativas não são.) 46 39 Alternativa B. São citados: gás nitrogênio etano C2H6 metano CH4 N2 47 Alternativa A. H3C CH2 CH2 CH2 CH2 Fórmula molecular: C8H18 (Alcano, CnH2n 2, com n 8.) Alternativa C. 5 6 4 3 2 1 CH2 CH2 CH3 40 48 Dupla envolvendo C-1 Dupla envolvendo C-4 Hidrocarboneto hexa-1,4-dieno Duas duplas C 41 C Posição das duplas 49 42 Alternativa D. De acordo com o enunciado, o solvente usado na adulteração apresenta ponto de ebulição superior ao da gasolina. Ele deve, portanto, apresentar componentes com número de carbonos maior do que nas moléculas de gasolina. É o caso do querosene. Alternativa D. H H C H Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Alternativa A. Imaginemos, inicialmente, um hidrocarboneto não-ramificado. Se ele for saturado, cada carbono terá dois hidrogênios, exceto os dois carbonos das extremidades ( CH3), que terão três. Assim, para n carbonos haverá 2n 2 hidrogênios. Portanto, a fórmula geral será CnH2n 2. Se esse hidrocarboneto for ramificado, haverá apenas um rearranjo dos átomos, mas o número de ligações e de átomos se manterá, o que fará a fórmula geral ser a mesma. Assim, concluímos que um alcano tem fórmula geral CnH2n 2, seja ramificado ou não. Para escrever a fórmula estrutural de um alceno a partir da fórmula estrutural de um alcano, precisamos remover dois hidrogênios, posicionados em carbonos vizinhos, o que faz a fórmula geral ter dois hidrogênios a menos: CnH2n. Finalmente, para escrever a fórmula estrutural de um alcino a partir da fórmula estrutural de um alceno, precisamos remover mais dois hidrogênios. Portanto, a fórmula geral de um alcino é CnH2n 2. 50 Alternativa E. 59 H3C CH CH3 CH2 CH3 Fórmula molecular: C5H12 (Alcano, CnH2n 2, com n 5.) 51 Alternativa E. CH3 61 Alternativa E. O enunciado afirma que se adiciona álcool etílico anidro ( isento de água) à gasolina para reduzir a combustão incompleta nos motores. Deduz-se, dessa informação, que a redução na quantidade de álcool adicionada à gasolina provocará aumento da combustão incompleta. E, dentre as alternativas, a substância que é produzida na combustão incompleta da gasolina é o monóxido de carbono. Alternativa B. Fuligem é carbono grafite, na forma de pó muito fino. H3C C CH CH2 CH3 CH3 CH3 52 Alternativa D. Os carbonos secundários estão indicados por setas nas fórmulas estruturais a seguir. 2,3-dimetil-butano H3C Capítulo 3 As principais classes funcionais de compostos orgânicos 2 500 mL; como a porcentagem em volume de etanol na solução 4°GL é dez vezes menor do que na solução 40°GL, é necessário um volume de solução 4°GL dez vezes maior que o de solução 40°GL para conter a mesma quantidade de etanol. Grandezas: Massa de álcool 14 g x ⇒ x 840 g Massa corporal 1 kg 60 kg CH CH CH3 CH3 CH3 3-metil-pentano H3C Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. CH2 CH CH3 CH2 CH3 2-metil-pentano H3C CH CH3 CH2 CH2 CH3 3 hexano H3C CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 — — CH3 2,2-dimetil-butano H3C C CH3 CH2 CH3 18 53 Alternativa D. CH3 H3C C CH3 CH3 H3C CH3 C CH3 CH3 a) Não, pois se a carbonila está no primeiro carbono não é cetona, e sim um aldeído; no caso, o pentanal. b) Não, porque a numeração deve começar pela extremidade mais próxima da carbonila. Assim, o nome correto do composto é pentan-2-ona. tetrafluoro-eteno Obs.: De acordo com as recomendações Iupac, o substituinte F — é designado pelo prefixo fluoro- (sem acento e com “o” no final). Alternativa D. O CH3 C NH2 35 dimetil-propano 54 Alternativa B. A fórmula C8H16 é do tipo CnH2n, com n 8, e, portanto, pode corresponder a um alceno ou a um ciclano. Alternativa D. HC C CH3 Fórmula molecular: C3H4 (Alcino, CnH2n 2, com n 3.) Alternativa A. 62 amida 55 O CH3 C O CH3 éster CH3 OH 56 CH2 álcool H2 C H2C 57 O CH3 CH2 C H aldeído CH2 63 Alternativa D. A fórmula mínima CH2 conduz à fórmula molecular CnH2n, que corresponde a um alceno ou a um ciclano. Alternativa C. Como o processo de combustão envolve o consumo de O2, a concentração desse gás irá diminuir nas proximidades da queimada. Quanto à água, uma vez que o enunciado diz tratar-se de um “tempo de seca”, sua concentração no ar irá aumentar, graças à sua produção no processo de queima: combustível O2 # CO2 H2O Alternativa D. R OH álcool Ar OH fenol 58 O RCHO equivale a R C H O RCO2H equivale a R C OH ácido carboxílico. aldeído. 123 42 64 Alternativa E. 71 OH álcool Alternativa D. CH3 OH fenol cetona O 65 Alternativa C. 72 H 3C O H 3C éter [ CH2 ]4 CH3 éter H3C cetona O OH álcool O HO fenol 73 Alternativa B. A fórmula apresentada corresponde a um composto saturado, no qual há um grupo OH. O fato de esse grupo estar ligado a carbono saturado caracteriza a classe funcional álcool. Alternativa C. O grupo funcional carboxila OH (classe funcional ácido carboxílico) C 66 Alternativa D. Em uma cetona, o grupo carbonila C O está ligado a dois carbonos ou, em outras palavras, o carbono da carbonila é secundário. Alternativa B. O O CH3 CH2 CH2 C H OH classe funcional fenol (grupo funcional hidroxila, ligado a carbono aromático) Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 67 74 Alternativa B. cetona CH3 CH3 CH CH2 éster CH3 CH C O O H N C O H amida aldeído (I) O (CH3)2CH CH2 C O O C CH3 (II) O C NH2 O éster* O CH2 CH C CH [ CH2 ]10 CH [ CH2 ]5 CH3 anidrido (III) O CH3 C O CH3 amida (IV) 75 * Observação: Na Química universitária, os ésteres cíclicos são denominados lactonas. Alternativa E. éster H C O OH ácido carboxílico N H C6H5 76 Alternativa A. H fenilamina (ou anilina), amina primária (V) 68 Alternativa D. (VI) H3C CH2 etanol (álcool) OH H3C O CH3 cetona O C OH fenol 77 éter dimetílico (éter) O éter 69 Alternativa A. CH3 Alternativa C. Como o enunciado menciona uma “ligação dupla na molécula”, não necessariamente entre carbonos, a presença de ligação dupla no grupo funcional já garante que a condição pedida seja satisfeita. Isso acontece no caso da função aldeído, cujo grupo funcional possui uma ligação dupla C O. Alternativa A. O enunciado permite concluir que a fórmula molecular da substância é C3H6O. Apenas os compostos das alternativas A, D e E apresentam tal fórmula. Dentre os três, apenas o da alternativa A tem cadeia carbônica saturada e homogênea (a cadeia do composto da alternativa D não é saturada e a do composto da alternativa E não é homogênea). Alternativa D. (1) é o ácido metanóico, ou ácido fórmico. (2) é o benzenol, ou fenol comum. (3) é a propanona, ou acetona. (4) é fenilamina, ou anilina. 78 CH3 NH CH3 70 O C amida C2H5 CH2 N C2H5 amina terciária 79 Alternativa B. As três substâncias têm OH ligado a carbono aromático, caracterizando a classe funcional fenol. Também têm o grupo funcional NH2 característico da classe amina. 80 Alternativa D. O H3C CH2 C O propanoato CH3 de metila 88 Das três informações dadas sobre o ácido antranílico, a primeira permite escrever: O C OH A segunda permite acrescentar o grupo NH2 (amino) na posição orto em relação ao grupo carboxila COOH: 81 Alternativa B. O CH3 C O etanoato de CH3CH2 CH2 C O butanoato O O [ CH2 ]4 CH3 pentila CH2 CH3 de etila C OH NH2 82 Alternativa E. O C OH ácido benzóico 83 Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. OH fenol A terceira informação permite verificar que a fórmula anterior já corresponde à fórmula molecular C7H7NO2 e, portanto, é a fórmula estrutural do ácido antranílico. A questão, contudo, pede a fórmula do antranilato de metila, éster metílico derivado do ácido antranílico. Sua fórmula é: Alternativa A. CH3 O C NO2 C7H5N3O6 O2N O NH2 CH3 Esse composto pertence às classes funcionais éster e amina. NO2 89 84 Alternativa B. Deduz-se, pelas alternativas, que o prefixo octadeca indica dezoito carbonos. A numeração da cadeia deve começar pela extremidade da carboxila, COOH. As insaturações C C estão localizadas entre os carbonos 9 e 10, 12 e 13, 15 e 16. Assim sendo, elas levam os números 9, 12, 15. A presença de três insaturações C C deve ser indicada no nome como trien. E a classe funcional ácido carboxílico é indicada com o sufixo óico. 93 85 Alternativa C. A etilamina é amina primária: H3C Alternativa D. I é correta, pois o texto afirma que benzeno, clorobenzeno e trimetilbenzeno podem causar leucemia. E esses compostos são aromáticos. II é correta, pois o trimetilbenzeno é, segundo o texto, volátil. E em sua molécula há nove átomos de carbono: seis do benzeno (cadeia principal) e três dos grupos metil (um carbono de cada — CH3). III é incorreta porque o clorobenzeno é um composto orgânico halogenado. Alternativa B. C X CO 2 H2 Y # H3COH H2O # CO H2 Y CH2 NH2 NH CH3 A dimetilamina é amina secundária: H3C A etil-metilamina é amina secundária: H3C CH2 NH CH3 A trimetilamina é amina terciária: H3C N CH3 CH3 A metil-fenilamina é amina secundária: H3C NH Capítulo 4 Interações intermoleculares na Química Orgânica 10 Como a água é polar e como o óleo de soja é insolúvel nela, deduz-se que as moléculas do óleo são apolares. Assim, a dedução mais cabível é a expressa em C. Como a água não é combustível, C é água. Já que a acetona é polar, ela deve dissolver-se em água, diferentemente da benzina, que é apolar. Portanto, A é acetona e B é benzina. 87 Alternativa E. A fórmula molecular C5H10O, do tipo CnH2nO, indica uma substância com cinco carbonos na qual há uma ligação dupla, C C ou C O , ou com todas as ligações simples mas com cadeia cíclica. Isso aponta para a pentan-2-ona como resposta. De fato, escrevendo as fórmulas estruturais das substâncias que aparecem nas alternativas e, a partir delas, elaborando as fórmulas moleculares, chegamos a C5H12O para os compostos das alternativas A e C, a C5H10O2 para os compostos das alternativas B e D, e a C5H10O para o da alternativa E. 17 44 18 A solubilidade diminui na seqüência em que aumenta a cadeia carbônica. Assim, o mais solúvel dos três ácidos é o butanóico e o menos solúvel é o hexanóico. Portanto: A butanóico B pentanóico C hexanóico a) Na ordem em que aparecem: água, metanol, etanol, propan-1-ol, butan-1-ol, pentan-1-ol. b) O NaCl, composto iônico, sofre dissociação iônica ao se dissolver em água: água 30 Metanol, pois na molécula há átomo de hidrogênio diretamente ligado a átomo de oxigênio. A parafina é formada por moléculas de hidrocarbonetos, que são apolares. Assim, suas moléculas se mantêm unidas por meio de ligações dipolo instantâneo-dipolo induzido. O metanal (CH2O) é uma substância polar. Assim, em sua ebulição, são rompidas ligações tipo dipolo-dipolo. No naftaleno, hidrocarboneto aromático, as moléculas se mantêm unidas por interações do tipo dipolo instantâneo-dipolo induzido. São essas ligações que se rompem quando o naftaleno sublima. O pentano, hidrocarboneto apolar, apresenta baixíssima solubilidade em água (dizemos, de modo simplista, que ele é “insolúvel” em água). O éter dietílico pode estabelecer ligações de hidrogênio com a água, apesar de não possuir H ligado a O. Essa ligação de hidrogênio pode ser estabelecida entre o átomo de hidrogênio da água e um par de elétrons do átomo de oxigênio do éter. Como decorrência desse tipo de interação, espera-se que a solubilidade do éter em água seja muito maior que a do pentano. O butan-1-ol também pode estabelecer ligação de hidrogênio com a água e, portanto, deve ter apreciável solubilidade nesse líquido. Assim, concluímos que A (que apresenta solubilidade bem menor que B e C) é o pentano. Quanto aos pontos de ebulição, como a massa molecular das substâncias é bastante próxima (éter dietílico e butan-1-ol: 74 u, pentano: 72 u), então o tipo de interação intermolecular deve ser o que determina a discrepância de um dos valores. Entre moléculas de pentano, apolar, há interação dipolo instantâneo-dipolo induzido. Entre moléculas de éter dietílico, levemente polar, há interações dipolo-dipolo. E entre moléculas de butan-1ol estabelecem-se ligações de hidrogênio, fazendo com que seu ponto de ebulição seja significativamente superior ao dos outros dois. Assim, concluímos que C (que apresenta ponto de ebulição bem maior que A e B) é o butan-1-ol. Portanto: A pentano B éter dietílico C butan-1-ol Os três álcoois apresentam a mesma massa molecular (pois têm a mesma fórmula molecular, C4H10O) e podem estabelecer, entre suas moléculas, ligações de hidrogênio. A diferença entre as substâncias está na extensão da cadeia carbônica. Moléculas mais extensas oferecem maior área para a atuação das interações dipolo instantâneo-dipolo induzido, que ocorrem em moléculas tanto polares quanto apolares. Assim, o álcool com molécula mais extensa terá maior ponto de ebulição e o álcool com molécula menos extensa terá menor ponto de ebulição. Portanto: I c II b III a Sim, pois só existem dois hidrocarbonetos de fórmula C4H10, o butano e o metil-propano, que são distinguíveis por seus pontos de ebulição. O butano, de cadeia mais extensa, apresenta ponto de ebulição maior que o metil-propano, de cadeia menos extensa. Assim: 31 32 20 33 NaCl(s) Na (aq) Cl(aq) A água promove esse processo graças à sua alta polaridade. A solubilidade do NaCl em metanol é menor que em água, pois trata-se de um solvente menos polar. Na seqüência de metanol a pentan-1-ol, o aumento da cadeia carbônica faz com que a polaridade do solvente diminua cada vez mais e, conseqüentemente, torne-se mais difícil haver a dissociação iônica do NaCl. Isso explica a diminuição da solubilidade observada. 22 O esquema a seguir permite, em linhas muitíssimo gerais, encontrar o tipo predominante de interação intermolecular em uma certa substância: A molécula da substância é polar ou apolar? Polar Possui H diretamente ligado a F, O ou N? Sim Ligação de hidrogênio Não Dipolo-dipolo Dipolo instantâneodipolo induzido Apolar 40 Empregando o esquema, temos: a) dipolo-dipolo b) dipolo instantâneo-dipolo induzido c) dipolo instantâneo-dipolo induzido d) ligação de hidrogênio e) ligação de hidrogênio f) dipolo instantâneo-dipolo induzido g) dipolo-dipolo h) dipolo-dipolo i) dipolo instantâneo-dipolo induzido j) dipolo-dipolo k) dipolo-dipolo l) dipolo-dipolo 28 Desenho , pois, na ebulição da água, as moléculas dessa substância se separam umas das outras (interações intermoleculares do tipo ligação de hidrogênio são rompidas), mas continuam sendo moléculas de H2O. a) Embora na seqüência HF, HCl, HBr e HI haja aumento da massa da molécula, o HF destoa, apresentando maior ponto de ebulição devido ao tipo de interação intermolecular. Entre moléculas de HF ocorrem ligações de hidrogênio, interações mais fortes do que as do tipo dipolo-dipolo, que ocorrem entre as moléculas de HCl, de HBr e de HI. A mesma razão (presença de ligações de hidrogênio) faz H2O e NH3 possuírem pontos de ebulição que destoam dentro das seqüências H2O, H2S, H2Se, H2Te e NH3, PH3, AsH3, SbH3. b) Em toda a seqüência CH4, SiH4, GeH4, SnH4, o tipo de interação intermolecular é o mesmo: dipolo instantâneo-dipolo induzido. O CH4 não destoa porque não apresenta um tipo de interação intermolecular diferente dos outros membros da série. 42 29 43 A = H3C CH2 CH2 CH3 Maior PE B = H3C CH CH3 CH3 Menor PE Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 47 Alternativa A. I II III Aumenta a presença de grupos hidrófobos (no caso, metil e isopropil) Diminui solubilidade em água 48 Alternativa E. Os sucos de frutas contêm grande quantidade de água. É adequado adicionar a eles uma vitamina hidrossolúvel. Das vitaminas apresentadas, são hidrossolúveis I e IV, pois possuem vários grupos hidrófilos. As margarinas são constituídas por substâncias gordurosas e, para que uma vitamina se dissolva adequadamente nelas, deve ser lipossolúvel. As vitaminas II e III são lipossolúveis porque apresentam grande predomínio de carbono e hidrogênio. Alternativa D. I é correta. A molécula da água apresenta ligações covalentes entre H e O, que, como conseqüência da acentuada diferença de eletronegatividade entre esses elementos químicos, são bastante polarizadas. II é incorreta. Sendo a água uma substância polar, ela não solubiliza satisfatoriamente substâncias de baixa polaridade. III é correta. As moléculas de água são angulares e, portanto, não são lineares. IV é correta. Como nas moléculas de água existe H ligado a O, há o estabelecimento de ligações de hidrogênio entre suas moléculas, sobretudo nos estados sólido e líquido. Alternativa D. Subentende-se que a expressão “forças de van der Waals” não está sendo usada como sinônimo de forças intermoleculares em geral, mas sim especificamente das interações dipolo instantâneo-dipolo induzido, que são de importância entre moléculas apolares, como o heptano (hidrocarboneto apolar). No metanol, na água, no ácido metanóico e na glicose ocorrem ligações de hidrogênio. Professor: Talvez seja conveniente se reportar à estrutura da glicose, que aparece no capítulo 10, para mostrar os vários grupos OH presentes nela. Alternativa E. Etanol e éter dimetílico têm a mesma fórmula molecular (C2H6O) e, por isso, não diferem quanto à massa molar. Etanol e éter dimetílico diferem quanto à fórmula estrutural: H3C CH2 OH H3C O CH3 Etanol e éter dimetílico diferem quanto à ocorrência de ligações de hidrogênio, que ocorrem entre as moléculas do álcool, mas não entre as do éter. Assim, apenas II e III são corretas. Alternativa A. O esquema ilustra a associação de duas moléculas de ácido carboxílico (formando o que se denomina dímero) por meio do estabelecimento de duas ligações de hidrogênio. a) O volume de álcool presente em 50 cm3 da mistura de gasolina e álcool pode ser calculado como segue: Grandezas: Volume Porcentagem 50 cm3 — 100% x — 22% x 11 cm3 60 Os restantes 39 cm3 (isto é, 50 cm3 11 cm3) correspondem à gasolina propriamente dita. Portanto, a fase superior obtida será constituída apenas pela gasolina e terá volume de 39 cm3. A fase inferior será constituída pela 58 água inicialmente colocada (50 cm3) e pelo álcool (11 cm3) proveniente da mistura de gasolina e álcool. Essa fase terá volume de 61 cm3. Esquematicamente: 50 cm3 Gasolina 39 cm3 Álcool 11 cm3 39 cm3 Gasolina 39 cm3 50 cm3 Água 50 cm3 61 cm3 Água 50 cm3 Álcool 11 cm3 49 b) O teste indica se a gasolina de um determinado posto contém mais álcool que o permitido por meio do volume da fase inferior. Caso ele seja superior a 61 cm3, isso significa que a gasolina contém mais de 22% de álcool. Analogamente, o volume da fase superior também pode ser usado como evidência. Se ele for menor que 39 cm3, a gasolina possuirá mais que 22% de álcool. 55 Alternativa B. Como o éter etílico e o álcool têm a mesma fórmula molecular (C2H6O) e, por isso, a mesma massa molecular, a diferença na volatilidade deve-se à diferença de intensidade nas interações intermoleculares. Como o éter é mais volátil (evapora com maior facilidade), concluímos que as interações entre suas moléculas são mais fracas que as existentes entre as moléculas do álcool. De fato, no álcool ocorrem ligações de hidrogênio e no éter, não. Alternativa E. Todas as substâncias apresentadas são álcoois com um grupo OH (monoálcoois). A diferença de ponto de ebulição está associada à diferença da massa molecular, que cresce na ordem: metanol etanol propan-1-ol butan-1-ol Espera-se, portanto, que o ponto de ebulição cresça nessa ordem. Alternativa B. I é correta, pois o ponto de ebulição do metano, o do etano e o do propano são inferiores a 25ºC. II é correta porque o ponto de ebulição do hexano, o do heptano e o do octano são superiores a 50ºC. III é incorreta, uma vez que o butano entra em ebulição abaixo de 25ºC. IV é correta, como se pode avaliar pela análise do gráfico. V é incorreta, pois o aumento do número de carbonos aumenta o tamanho da molécula e, em decorrência disso, aumenta a intensidade das interações intermoleculares (do tipo dipolo instantâneodipolo induzido), acarretando aumento do ponto de ebulição. Alternativa C. Nos hidrocarbonetos ocorrem interações intermoleculares do tipo dipolo instantâneo-dipolo induzido, que são tanto mais intensas quanto maior o tamanho das moléculas entre as quais ocorrem. Alternativa B. Etanol e metanol, polares, são miscíveis com a água. Nas condições ambientes, etano é um gás e C60H122 corresponde, certamente, a uma substância sólida. Resta o heptano, que apresenta as propriedades mencionadas no enunciado. Alternativa C. Comparando I e II, notamos que a fórmula molecular é a mesma e, portanto, a massa molecular é a mesma. O ponto de ebulição de I deve ser maior em função da ocorrência de ligações de hidrogênio. Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 50 56 57 51 52 53 59 123 46 Comparando I e III, notamos que em ambas ocorrem ligações de hidrogênio. Como a massa molecular de III é maior, espera-se que tenha maior ponto de ebulição. II I III 67 II III etanol propan-1-ol Aumenta o ponto de ebulição 61 Alternativa A. Entre as moléculas de ácido etanóico e também entre as moléculas de butan-1-ol ocorrem ligações de hidrogênio. Assim, essas substâncias devem ser as que apresentam os maiores pontos de ebulição. O ácido etanóico deve corresponder a Z, pois apresenta solubilidade ilimitada em água. Já o butan-1-ol, apesar de estabelecer ligações de hidrogênio com a água, não possui solubilidade ilimitada graças à sua cadeia hidrocarbônica (hidrófoba) de quatro carbonos. O pentano, hidrocarboneto apolar, deve corresponder à substância X, pois deve apresentar baixíssima solubilidade em água e ponto de ebulição menor que o dos demais. Alternativa B. A alternativa A é falsa. Todos os alcanos apresentados têm a mesma fórmula molecular (C5H12) e possuem, portanto, mesma massa molecular. A alternativa B é verdadeira. O composto de maior ponto de ebulição (pentano) é o menos ramificado (de fato, não é ramificado). O de menor ponto de ebulição (dimetil-propano) é o mais ramificado. A alternativa C é falsa. O aumento do número de grupos CH3 na molécula acompanha o aumento das ramificações e, portanto, corresponde à diminuição do ponto de ebulição. A alternativa D é falsa. A diminuição da cadeia principal se faz acompanhar da diminuição do ponto de ebulição. A alternativa E é falsa. Não há ligações de hidrogênio nos compostos em questão. Alternativa C. Em todos os alcanos mostrados ocorre o mesmo tipo de interação intermolecular: dipolo instantâneo-dipolo induzido. Os que apresentam maior massa molecular são os compostos de mesma fórmula molecular (C5H12) das alternativas C, D e E. Dentre eles, o pentano (alternativa C) possui moléculas mais extensas que o metilbutano (alternativa D) e que o dimetil-propano (alternativa E) e, portanto, apresenta maior ponto de ebulição. Alternativa E. Entre os compostos I e II, ambos de fórmula molecular C8H18, o que possui maior ponto de ebulição é II, pois apresenta molécula mais extensa. Entre IV e II, é o composto IV que apresenta maior ponto de ebulição, uma vez que possui massa molecular ligeiramente superior e, principalmente, estabelece ligações de hidrogênio entre suas moléculas. Finalmente, comparando III e IV, concluímos que III tem maior ponto de ebulição graças à massa molecular significativamente mais alta. São dez carbonos a mais na cadeia carbônica! Portanto a seqüência decrescente de pontos de ebulição é: III IV II I Alternativa D. Os compostos insolúveis em água (I e IV) são, certamente, os hidrocarbonetos heptano e hexano, e os que apresentam solubilidade ilimitada (II e III) são os álcoois etanol e propan-1-ol. O “desempate” dentro do par I e IV pode ser feito pelo ponto de ebulição, que é mais elevado para o heptano, que apresenta maior massa molecular que o hexano. Assim: I hexano IV heptano Analogamente, no par II e III, o propan-1-ol possui ponto de ebulição mais alto que o etanol, já que tem maior massa molecular. Dessa maneira: 21 a) Ligações de hidrogênio. Nos ácidos carboxílicos existe o grupo funcional —COOH, que permite o estabelecimento de ligações de hidrogênio entre duas moléculas. Nos ésteres, em que existe o grupo funcional —COO—, não há tal possibilidade. b) Vamos resolver por meio de semelhança dos triângulos ABC e ADE, indicados no esquema a seguir. x E 92 62 A 10 C B 16 32 D 32 16 x 10 10 172 x 62 92 62 62 Assim, estimamos que a entalpia de sublimação do éster contendo 32 átomos de carbono vale 172 kJ mol 1. Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Capítulo 5 Isômeros 1 a) Sim, pois apresentam propriedades diferentes. b) Sim, pois são substâncias diferentes com a mesma fórmula molecular. c) H3C CH2 OH H3C O CH3 Professor: Se o capítulo 4 já tiver sido trabalhado, é possível associar A (maior ponto de ebulição) ao etanol, no qual ocorrem ligações de hidrogênio, e B (menor ponto de ebulição) ao éter dimetílico. a) A idéia desse exercício é testar a condição para a ocorrência de isomeria geométrica na presença de dupla ligação, só que fornecendo no enunciado uma fórmula estrutural simplificada. Na dupla ligação , temos dois ligantes iguais (grupos metila) em um dos carbonos e, nas duplas ligações e , um dos carbonos também apresenta dois ligantes iguais (átomos de hidrogênio). Assim, tais duplas não permitem a ocorrência de isomeria geométrica. No caso da dupla ligação , ambos os carbonos apresentam ligantes diferentes entre si, havendo a possilidade de isomeria geométrica (cis-trans). b) O arranjo ao redor da dupla ligação é trans, conforme ilustra o seguinte esquema: CH3 CH3 H CH2 CH2 63 64 65 H3C trans 22 A exemplo do exercício anterior, este também pretende desenvolver a capacidade de o estudante perceber a ocorrência da isomeria geométrica em fórmulas estruturais simplificadas. Na dupla ligação C C presente no citronelol e numa das duplas existentes no geraniol e no neral, um dos carbonos está ligado a dois grupos metila, não permitindo, assim, a ocorrência de isômeros geométricos. Na outra das duplas ligações C C existentes tanto no geraniol como no neral, os ligantes de cada um dos carbonos são diferentes entre si, permitindo a ocorrência de isomeria geométrica. Assim apenas o geraniol e o neral podem dar origem a isômetros geométricos, em apenas uma das duplas. 28 São assimétricas as que aparecem nos itens B, D, F. Isso é percebido pela presença de carbono quiral, assinalado nas fórmulas a seguir: H3C CH2 34 Não, pois as estruturas e são iguais. O fato de dois dos ligantes do carbono central serem iguais (dois grupos CH3) faz com que a molécula tenha plano de simetria e, portanto, a imagem especular seja igual ao próprio objeto. a) nitrocomposto, álcool e amina b) 2 37 OH O2N NH2 OH * CH OH CH3 CH CH CH2 * * c) Muito provavelmente são diferentes. 38 Alternativa A. H3C * CH NH2 O C OH O C NH2 H3C H3C CH2 CH CH3 CH2 CH3 CH3 H3C * CHCl 39 Alternativa C. H3C 29 Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. CH2 CH2 OH A substância dextrorrotatória provoca desvio do plano da luz polarizada no sentido horário e a substância levorrotatória provoca desvio no sentido anti-horário. Professor: As expressões “sentido horário” e “sentido anti-horário” são aqui empregadas do ponto de vista de um observador posicionado conforme mostrado nas ilustrações deste capítulo referentes ao desvio do plano da luz polarizada. a: 82,5 b: 218,5 c: 1,4 d: 0,904 e: 24,1 (propriedade em que difere do dextrorrotatório) Professor: Esse exercício permite uma interessante correlação com a primeira questão do capítulo, na qual foi explorado o fato de os isômeros serem substâncias diferentes, o que fica claro pela análise do conjunto de suas propriedades. Nesse exercício, que envolve o caso mais sutil de isomeria, a propriedade que permite distinguir os isômeros — a interação com o plano da luz polarizada — justifica o nome escolhido para essa situação: isomeria óptica. a) b) c) d) amina fenol e álcool éter Há um carbono quiral em cada molécula. OH H 3C H 3C 40 CH O CH3 CH2 CH3 Alternativa D. 30 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 orto 42 meta CH3 para Alternativa C. 1 e 3 são isômeros de fórmula molecular C3H6O. 2 e 4 são isômeros de fórmula molecular C3H6O2. 5 e 6 são isômeros de fórmula molecular C3H8O. Alternativa A. O etanoato de etila é um éster de fórmula molecular C4H8O2. 31 43 O H3C C O CH2 CH3 HO HO * CH OH noradrenalina CH2 NH2 Entre os compostos apresentados nas alternativas, são isômeros de função desse éter apenas os ácidos carboxílicos das alternativas A e B. Destes, apenas o composto da alternativa A apresenta cadeia ramificada. 44 Alternativa C. A pentan-2-ona tem fórmula molecular C5H10O. CH2 * CH CH3 NH2 O H3C C CH2 CH2 CH3 anfetamina CH2 * CH CH3 NH CH3 metanfetamina CH3O CH3 CH2 OCH3 * CH CH3 NH2 metoxianfetamina Essa cetona: • não pode ser isômera do ácido carboxílico da alternativa A, porque nele há dois átomos de oxigênio; • não pode ser isômera de um composto com seis átomos de carbono, como o da alternativa B; • não pode ser isômera de um composto com quatro átomos carbonos, como o da alternativa D; • não pode ser isômera do composto da alternativa E, porque ele não existe (se existisse, o carbono da posição 2 faria cinco ligações!); 48 • é isômera da 3-metil-butan-2-ona, da alternativa C, cuja fórmula molecular também é C5H10O: A alternativa B é correta, porque os três fenóis, pertencendo a uma mesma classe funcional, são quimicamente muito semelhantes. A alternativa C é correta, já que todos apresentam a mesma fórmula molecular. A alternativa D é correta, como se pode observar pelas fórmulas estruturais. 48 Os cinco compostos isômeros C7H8O são: O H3C C CH CH3 45 Alternativa B. A alternativa A é falsa, pois em ambas as estruturas há o grupo funcional amina, mas não o grupo amida. A alternativa B é verdadeira porque são diferentes substâncias que apresentam a mesma fórmula molecular, C11H26PSNO2. A alternativa C é falsa, pois VX apresenta 26 átomos de hidrogênio. A alternativa D é falsa porque a função éter requer a presença de um oxigênio ligado a dois átomos de carbono, o que não ocorre nas estruturas. A alternativa E é falsa, pois ambas as cadeias carbônicas contêm heteroátomos. A resposta é 17, pois são corretos os itens 01 e 16. 01 é correto, pois a fórmula molecular I só pode corresponder ao metanal. CH3 OH CH3 OH OH CH3 CH3 CH2 OH O CH3 46 O C H H 02 é incorreto, pois a fórmula II pode indicar o metóxi-metano (éter) ou o etanol (álcool). CH2 OH H3C CH2 OH H3C O CH3 04 é incorreto, porque a fórmula C2H6O representa um composto em cuja molécula há apenas um átomo de oxigênio e, para ser um ácido carboxílico, são necessários pelo menos dois átomos de oxigênio (por causa do grupo carboxila, —COOH). 08 é incorreto. A fórmula C2H4O2 pode representar um éster, mas também pode representar um ácido carboxílico. 49 Alternativa C. Com a fórmula C4H10O, podemos prever a existência dos quatro álcoois saturados a seguir: H2C OH CH2 CH2 CH3 H3C CH OH CH2 CH3 O H C O CH3 O H3C C OH OH H3C CH CH3 50 16 é correto. A fórmula II pode representar isômeros de diferentes classes funcionais, um éter e um álcool. A fórmula III também pode representar isômeros de diferentes classes funcionais, um éster e um ácido carboxílico. (Nesse sentido, a afirmação é correta, pois é interpretada como “tanto a fórmula II quanto a fórmula III podem representar compostos isômeros de função”. Evidentemente, se a frase fosse interpretada como “um composto com a fórmula II pode ser um isômero de função de um composto com a fórmula III”, então, nesse caso, ela seria incorreta. Porém, a primeira interpretação nos parece mais adequada.) 32 é incorreta. A fórmula III não pode indicar nem um álcool nem um éter. 47 Alternativa A. Os cinco compostos são: CH2 OH H3C C CH3 CH3 Alternativa C. Com a fórmula C4H10O, podemos prever a existência de três éteres saturados, cujas fórmulas estruturais são mostradas a seguir: H3C H3C H3C CH2 O O O CH2 CH CH3 CH2 CH2 CH3 CH3 CH3 51 OH CH3 OH OH CH3 CH3 CH2 OH O CH3 A alternativa A é incorreta, pois nenhum deles é aldeído. Alternativa E. Esse exercício é um recordista de dúvidas entre os alunos, graças ao seu enunciado, nem sempre bem entendido. O que se está perguntando não é qual “o alcano e o álcool mais simples” que são um isômero do outro, o que é obviamente impossível, já que um alcano, sendo hidrocarboneto (só C e H) nunca será isômero de um álcool (que possui também O). O que se deseja saber é qual “o alcano e o álcool mais simples” que apresenta isômeros. O alcano mais simples (moléculas com menor número de átomos) em questão é o butano, cujo isômero (de cadeia) é o metil-propano. O álcool é o propan-1-ol, que é isômero do propan-2-ol (ou viceversa, já que nas alternativas encontramos apenas a palavra “propanol”). Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. a) Os isômeros de posição (os três primeiros) pertencem à classe funcional fenol. b) Os compostos D e E são o álcool e o éter. No álcool ocorrem ligações de hidrogênio e no éter, não. Assim, espera-se que o álcool apresente maior ponto de ebulição. Portanto, a fórmula estrutural de D é: 52 Alternativa A. Apresentam isomeria geométrica os compostos I e IV: 59 H3C C H cis Cl H2C C H cis 53 CH3 C H H3C C H trans C H CH3 60 Alternativa B. As fórmulas estruturais representam exatamente a mesma molécula. Professor: Usar modelos moleculares, mesmo que construídos com palitos de dente e bolinhas de massa de modelar, ajuda bastante os alunos a visualizarem a situação colocada por esse teste. Alternativa D. A alternativa A é falsa. Se uma molécula apresenta plano de simetria, sua imagem especular é igual a ela e não há isomero óptico. A alternativa B é falsa. Se a molécula é plana, o próprio plano da molécula é um plano de simetria e não há possibilidade de isomeria óptica. A alternativa C é falsa. A ligação dupla não garante que a imagem especular seja diferente da molécula. A alternativa D é verdadeira. A assimetria molecular é condição suficiente para que a imagem especular da molécula seja diferente dela, constituindo um par de enantiômeros. A alternativa E é falsa. A estrutura tetraédrica não é garantia de assimetria molecular. Como exemplo, considere o metano (CH4), cujas moléculas são tetraédricas, porém dotadas de plano de simetria. Alternativa E. CH2 C Cl H Cl H2C C H CH2 C H Cl trans Alternativa A. O composto apresentado no enunciado é o cis, sendo teoricamente possível a existência do trans. Alternativa A. O primeiro composto apresentado é o cis e o segundo é o trans. São isômeros geométricos. Alternativa D. Os isômeros com fórmula molecular C3H5Cl apresentam as seguintes fórmulas estruturais: H2C CH CH2 Cl H2 C C Cl CH3 54 55 Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 61 H H3C C* COOH Cl Cl C H C H CH3 Cl C H C H Cl CH3 62 São, portanto, cinco. 58 a) O “fio” de água, substância cujas moléculas são polares, deve sofrer desvio sob ação do bastão eletrizado. Com o hexano não se espera que isso aconteça. Alternativa C. Há isomeria óptica apenas em II, no qual reconhecemos um carbono quiral: CH3 CH2(OH) C H C * CH(OH) CH2 CH3 H C C CH3 Há isomeria geométrica apenas em III: CH3 H CH2(OH) H hexano água 63 Alternativa A. Há isomeria geométrica apenas em II: bastão eletrizado CH3 C H C CH3 CH2 CH3 CH3 C H C CH2 CH3 CH3 “fio” de hexano não sofre desvio “fio” de água sofre desvio Há isomeria óptica apenas em IV, no qual reconhecemos carbono quiral: CH3 b) Nas fórmulas a seguir, as setas indicam os momentos de dipolo das ligações: CH2 CH *C H OH Cl C H trans C H Cl Cl C H cis C Cl 64 H 65 Alternativa B. A modificação da disposição relativa dos ligantes ao redor de um centro quiral conduz a um isômero óptico do composto de origem. Alternativa A. A alternativa A é correta, pois a massa molecular do álcool benzílico é maior que a do tolueno. Além disso, e mais importante, ocorrem ligações de hidrogênio entre as moléculas do álcool, mas não entre as do hidrocarboneto. A alternativa B é incorreta. O álcool deve ser mais solúvel em água, graças ao estabelecimento de ligações de hidrogênio com as moléculas desse solvente. Há cancelamento dos momentos de dipolo das ligações Molécula apolar Não há cancelamento dos momentos de dipolo das ligações Molécula polar Espera-se que o “fio” de cis-1,2-dicloro-eteno sofra desvio, pois trata-se de uma substância polar. Não se espera desvio no caso do trans-1,2-dicloroeteno, apolar. 50 A alternativa C é incorreta. O tolueno, por apresentar menor massa molecular e forças intermoleculares menos intensas, deve ser mais volátil (evaporar com maior facilidade) e, portanto, deve apresentar maior pressão de vapor. A alternativa D é incorreta. No tolueno não ocorrem ligações de hidrogênio. A alternativa E é incorreta. Nenhum deles apresenta atividade óptica porque suas moléculas não são assimétricas. 66 Alternativa E. A alternativa A é incorreta, pois o anel benzênico não apresenta átomo de nitrogênio. A alternativa B é incorreta. Todos os carbonos saturados da estrutura têm pelo menos dois hidrogênios e, portanto, não são assimétricos. A alternativa C é incorreta. O anel saturado na parte de baixo da fórmula estrutural não é aromático. A alternativa D é incorreta. A molécula não satisfaz as condições para que apresente isômeros geométricos. A alternativa E é correta: Capítulo 6 Reações de substituição e reações de adição 2 H3C CH2 CH2 CH2 CH3 (Não pode ser o metil-butano, pois produziria quatro isômeros. Nem o dimetil-propano, pois produziria apenas um.) Como se trata de um dieno (ciclodieno) conjugado, ele pode sofrer adição normal ou conjugada. a) Adição normal: Cl Cl 42 + b) Adição conjugada: Cl2 H3C CH2 éter O etc. Cl + Cl2 Cl Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. etc. 67 a) A fórmula CnH2n 1OH representa um álcool de cadeia aberta e saturada. Vamos montar a fórmula estrutural ligando a um átomo de carbono os seguintes quatro grupos diferentes: • OH •H • CH3 • CH2CH3 Escolhemos esses grupos de tal modo a fazer, com o menor número de carbonos, um álcool de cadeia aberta e saturada, no qual um dos carbonos (o que está ligado a esses quatro grupos diferentes) seja assimétrico. Assim, temos: c) Os produtos obtidos são diferentes. 60 Alternativa B. CH3 1 possibilidade a 2 possibilidade a H3C C CH3 CH2 CH3 3 possibilidade; esta conduz a produto com carbono quiral a 61 H3C CH CH3 CH3 OH H3C C* CH2 H b) butan-2-ol (ou álcool sec-butílico) 68 Alternativa A. I é correta; II é correta; III é correta, pois a palavra para designa posição relativa 1,4 de dois substituintes em um anel benzênico; IV é incorreta, pois apenas Y tem carbono quiral. a) I é éster e II é amina. b) Álcool. A fórmula molecular do composto III é C4H10O. Com essa fórmula existem ao todo sete isômeros constitucionais. Três deles são éteres (incluindo o composto III, apresentado na questão) e quatro são álcoois. a) O DDT não apresenta isômeros ópticos porque sua molécula não é assimétrica. b) Para responder, vamos estabelecer uma relação entre massa de DDT (em g) e volume de água (em L). — — H3C CCl CH3 CH2Cl CH3 H3C CH CH3 CHCl2 H3C CH CH2Cl CH2Cl (A fórmula molecular C4H10 corresponde ao metil-propano e ao butano. O metil-propano origina três derivados diclorados, como mostrado acima. Já o butano originaria seis derivados diclorados e não é, portanto, a resposta da questão.) 62 Alternativa B. + Br2 Br + HBr 69 63 Alternativa C. H2C X CH2 CH3 H3C CH X CH3 72 64 Alternativa A. A fórmula geral dos alcanos é CnH2n 2. Utilizando a massa molecular fornecida e os dados da tabela periódica, podemos calcular n: 12n (2n 2) 86 V n 6 123 Grandezas: Massa de DDT 1,0 10 6 g 1,0 g x Volume de água 1L x 6 1,0 10 L Assim, o alcano tem seis carbonos na molécula e sua fórmula molecular é C6H14. No entanto, à exceção da alternativa C, que fornece um nome incorreto, todas as outras apresentam alcanos C6H14. Vejamos quantas possibilidades diferentes de monossubstituição há em cada caso: a) Três possibilidades: 68 Alternativa B. O Cl Grupo o-p-dirigente S O OH Grupo m-dirigente CH3 H3C 1 possibilidade a 2 possibilidade a C CH3 CH2 CH3 3 possibilidade a 70 b) Duas possibilidades: 2 possibilidade a Alternativa B. Uma maneira simples de resolver o problema é perceber que, ao substituir quatro átomos de hidrogênio do benzeno por átomos de cloro, restam duas posições não-cloradas. As posições não-cloradas podem estar em “orto”, “meta” e “para”. H3C CH CH CH3 Cl Cl Cl 2 possibilidade a Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl CH3 CH3 1 possibilidade a d) Quatro possibilidades: Posições não-cloradas em “orto” Posições não-cloradas em “meta” Posições não-cloradas em “para” H3C 1 possibilidade Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. a CH2 CH CH3 CH2 CH3 71 Alternativa A. Exemplo: 3 possibilidade 4 possibilidade a a H2C CH2 alceno 72 + H2 H3C CH3 alcano e) Cinco possibilidades: 2 possibilidade a Alternativa C. 1 H2 1 Cx H y 1 C4H10 ⇒ x y 4 8 H3C 1 possibilidade a CH CH3 CH2 CH2 CH3 5 possibilidade 4 possibilidade 3 possibilidade a a a O hidrocarboneto insaturado tem fórmula molecular C4H8, que corresponde a uma fórmula geral CnH2n. Trata-se de um alceno com quatro carbonos ou um ciclano com quatro carbonos. Na alternativa C aparecem dois alcenos de quatro carbonos. 74 Alternativa E. Portanto a opção correta é a A. 65 Alternativa E. As fórmulas estruturais do pentano e de seus isômeros são mostradas a seguir, juntamente com as diferentes possibilidades de monossubstituição: 3 possibilidade a H2C CH CH3 + HCl H3C CH Cl CH3 2-cloro-propano Note que a adição respeita a Regra de Markovnikov. H3C CH2 a a CH2 CH2 CH3 75 2 possibilidade 1 possibilidade 5 possibilidade a Alternativa D. A resposta decorre da Regra de Markovnikov. Se o hidrogênio (do HCl) se adiciona ao carbono mais hidrogenado da dupla C C , então o cloro se adiciona ao carbono menos hidrogenado. Alternativa D. 79 H3C CH CH3 CH2 a CH3 HC CH + H2O H2C OH CH H3C C O H etanal (acetaldeído) 7 possibilidade 6 possibilidade a 4 possibilidade a CH3 H3C C CH3 8 possibilidade a 80 CH3 Entre todas as diferentes possibilidades mostradas, há quatro delas que envolvem carbono primário. 67 Alternativa B. NO2 Grupo meta-dirigente NO2 + Cl2 + HCl Cl m-cloro-nitro-benzeno Alternativa E. I é correta. Ambos os compostos são isômeros, pois são substâncias diferentes que apresentam a mesma fórmula molecular (C21H28O5). Em vez de determinar o número de hidrogênios em A e B, é mais fácil perceber que as estruturas de ambas as substâncias só apresentam duas diferenças: • Onde, na cortisona, há uma dupla CH CH, na prednisolona há uma ligação simples CH2 CH2 . No tocante a essa porção das moléculas, a prednisolona tem 2 hidrogênios a mais. • Onde, na cortisona, há uma ligação simples CH OH , na prednisolona há uma ligação dupla C O. No tocante a essa porção das moléculas, a cortisona tem 2 hidrogênios a mais. Assim, o número de hidrogênios é igual em A e B. II é correta. Nas fórmulas estruturais de A e B aparecem os grupos funcionais cetona e álcool. III é correta, pois em ambas as moléculas há ligações duplas C C , que sofrem adição de Br2. 52 CH3 82 a) H3C + HBr Br 88 Alternativa B. Cl Cl CH3 Br + b) Cl Cl Cl BHC CH3 HBr peróxido Cl ciclo-hexano 89 CH3 CH3 CH3 c) No caso de , como mostrado no item a, não se forma mistura de produtos monobromados isômeros. No caso de , como os carbonos da dupla C C são igualmente hidrogenados, forma-se tal mistura: CH3 + HBr ausência ou presença de peróxido CH3 Br e CH3 Alternativa D. A cloração de alcanos ocorre quando a mistura de alcano e cloro é submetida a luz e calor. Já a cloração de aromáticos depende da presença do catalisador apropriado (por exemplo, AlCl3, FeBr3). Na molécula de tolueno, temos: • um anel aromático, que pode sofrer cloração se houver a presença do catalisador apropriado. • uma cadeia lateral ( CH3), que pode sofrer cloração quando a mistura reacional é submetida a luz e calor. Quando o tolueno sofre substituição “realizada com aquecimento e na presença de luz”, conforme relata o enunciado, forma-se o produto de substituição na cadeia lateral. Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Br No caso de , apesar de os carbonos da dupla C C serem igualmente hidrogenados, não se formam isômeros graças à simetria da molécula reagente: CH3 + HBr ausência ou presença de peróxido 90 CH3 e Br CH3 Br Alternativa A. A reação envolvida é uma alquilação de Friedel-Crafts em que um átomo de hidrogênio do anel aromático é substituído pelo grupo CH3. O grupo carboxila ( COOH), presente no ácido benzóico, é metadirigente. Isso conduz, na alquilação, à substituição do hidrogênio em meta. Assim, espera-se que o principal produto orgânico da reação seja ácido meta-metil-benzóico. Alternativa E. O FeCl3, é catalisador para a cloração do anel aromático. Mesma fórmula estrutural, escrita de modos diferentes 83 a) etino ou acetileno H C C H b) CaC2 2 H2O # C2H2 Ca(OH)2 Da equação acima estabelecemos a proporção estequiométrica entre carbeto de cálcio, CaC2, e acetileno, C2H2. C2H2 CaC2 Proporção: 1 mol 1 mol Grandezas: Massa Massa 64 g — 26 g 32 g — x x 85 Alternativa B. 13 g 91 Cl + Cl2 FeCl3 + HCl 93 + 3 H2 86 Alternativa D. A descrição I não se aplica ao benzeno porque, apesar de ser pouco solúvel em água (pois o benzeno é apolar e a água é polar), é uma substância líquida nas condições ambientais. A descrição II aplica-se ao benzeno, pois, sendo sua fórmula molecular C6H6, sua fórmula mínima é CH, o que indica que a proporção, em mols, de carbono para hidrogênio é de 1 : 1. A descrição III aplica-se ao benzeno. Como é uma substância apolar, as interações intermoleculares são do tipo dipolo instantâneo-dipolo induzido, que alguns autores denominam forças de van der Waals. A descrição IV não se aplica ao benzeno, pois, em função do fenômeno da ressonância, as ligações entre os átomos de carbono não têm característica típica de insaturação dupla, mas sim um caráter intermediário entre simples e dupla. Alternativa D. Eteno e hidrogênio reagem num processo de adição: H2C CH2 (g) + H2 (g) # H3C CH3 (g) Essa reação converge, com o passar do tempo, para a situação de equilíbrio químico. Como o enunciado salientou que os três minutos decorridos são um tempo “insuficiente para se atingir o equilíbrio em qualquer um dos sistemas referidos”, estamos diante de um problema de cinética química. A quantidade de alcano (produto da reação) será maior onde a reação se processou com maior rapidez. Isso acontece no sistema IV, pois, como tem o menor volume, nele as concentrações dos gases reagentes são maiores e, portanto, mais alta é a freqüência de colisões entre as moléculas, conduzindo a uma reação mais rápida. Alternativa B. “Após estabelecer-se um equilíbrio”, consideração feita no enunciado, o equilíbrio químico estará mais deslocado para a esquerda, de acordo com o Princípio de Le Chatelier, no caso do sistema I, onde o volume é maior e a pressão, menor: 123 94 H2C CH2 (g) + H2 (g) F H3C CH3 (g) Diminuição da pressão desloca para a esquerda Assim, no sistema I haverá maior quantidade do reagente alceno. Capítulo 7 Noções de acidez e de basicidade em compostos orgânicos 8 a) II e III, graças ao efeito indutivo eletroatraente do Br e do NO2. b) I e IV, graças ao efeito indutivo eletrodoador dos grupos metil e etil. O vinagre, sendo ácido, reage com as aminas, que são básicas, produzindo íons que não têm cheiro. Exemplo: 14 O R NH2 + H3C C OH 23 Alternativa D. O R + NH3 H3C C O– Cl CH3 Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Cl COOH Cl C Cl COOH F F C F COOH COOH CH2 Cl COOH CH Cl Sentido crescente da força ácida 25 Alternativa C. I é incorreta, pois o valor de Ka para o ácido o-nitrobenzóico é maior que para o ácido benzóico. II é incorreta, pois o valor de Ka para o ácido o-hidroxibenzóico não é o maior dentre os apresentados. III é correta, pois o valor de Ka para o ácido o-metoxibenzóico é o menor dentre os apresentados. Alternativa C. Dentre os apresentados, o grupo Alternativa B. Comparando II, III, IV e V, temos: Cl CH3CH2COOH II CH2CH2COOH Cl III CHCH2COOH Cl IV Cl Cl CCH2COOH Cl V 26 F é o que apresenta maior efeito eletroatraente. 27 Aumenta a força ácida Comparando I e II, temos: CH3CH2COOH II CH3COOH I Aumenta a força ácida Isso é tudo o que se pode prever a partir das estruturas apresentadas. Como se trata de um teste de múltipla escolha, temos a prerrogativa de analisar as alternativas e, de fato, só há uma delas que está de acordo com as conclusões acima, a alternativa B. 28 Alternativa B. O H C OH Mg(OH)2 ácido metanóico ou ácido fórmico (do latin formica, formiga) hidróxido de magnésio (presente no leite de magnésia) 29 a) I é álcool; II é éter; III, IV e V são fenóis. b) V pertence à mesma classe funcional que III e IV e, conseqüentemente, exibe propriedades químicas semelhantes. Um exemplo desse tipo de propriedade é o caráter ácido. Esse exercício, nesta altura do curso de Química Orgânica, é oportuno para retomar o conceito de classe funcional, salientando as semelhanças de comportamento entre os compostos que possuem um mesmo grupo funcional. Aliás, o binômio estrutura-propriedades deve permear todo o curso de Química. Na Orgânica, não poderia ser diferente. Seria impossível estudá-la sem a facilitadora divisão em classes funcionais, caracterizadas por seus grupos funcionais. 54 30 Alternativa D. O ácido acético e o fenol produzem solução ácida (pH 7). O etanol, apresentando caráter ácido muito inferior ao da água, produz, para efeitos práticos, solução neutra (pH 7). A metilamina produz solução básica (pH 7). 39 31 Alternativa B. Os íons H de uma substância ácida neutralizam os íons OH , provocando redução de sua concentração. De acordo com o Princípio de Le Chatelier, isso desloca o equilíbrio para a direita, consumindo metilamina e reduzindo o odor de peixe. Alternativa E. A alternativa 05 é incorreta, pois o sal resultante (citrato de sódio) é derivado de base forte (hidróxido de sódio) e de ácido fraco (ácido cítrico). Assim, devido à hidrólise do sal (hidrólise do ânion), o meio fica alcalino, ou seja, com pH maior que 7,0. a) Local de absorção estômago intestino Aspirina alta baixa p-aminofenol baixa alta 32 Representando a aspirina (ácido fraco) por RCOOH, temos: O CH2 CH NH2 34 Alternativa C. C ácido OH carboxílico RCOOH Absorvida mais facilmente F H RCOO Absorvida com mais dificuldade amina O R C OH + NaHCO3 # R C O + O–Na+ H2CO3 Substituindo H2CO3 por CO2 H2O e escrevendo de modo simplificado, temos: RCO2H NaHCO3 # RCO2Na CO2 H2O 35 Alternativa A. A reação envolvendo o grupo carboxila e o bicarbonato de sódio é do tipo dupla troca: RNH2 Absorvida mais facilmente H2 O F RNH3 Absorvida com mais dificuldade OH R COOH + NaHCO3 # R COO–Na+ + H2O + CO2 Ácido carbônico decomposto Percebe-se, pela equação apresentada, que a proporção em mols entre o ácido e o bicarbonato é 1 : 1. Em outras palavras, cada mol de grupos —COOH requer um mol de NaHCO3. Como no ácido cítrico há três grupos —COOH, serão necessários três mols de bicarbonato de sódio para neutralizar um mol desse ácido. 37 HNO3(aq) 3442441 H (aq) NO 3(aq) H (aq) CH3NH2(aq) CH3NH2(aq) CH3NH2(aq) CH3NH3 NO3(aq) CH3NH 3(aq) CH3NH 3(aq) 344424441 NO3(aq) No estômago (baixíssima [OH ]), esse equilíbrio está deslocado para a direita e o p-aminofenol está predominantemente na forma de cátion. No intestino ([OH ] mais alta), o equilíbrio está deslocado para a esquerda e o p-aminofenol predomina na forma molecular. b) Como a p-hidroxiacetanilida é absorvida eficientemente tanto em meio ácido quanto em meio alcalino, isso indica que deve apresentar-se predominantemente na forma molecular em ambos os meios. Assim, não deve ser ácido nem base (ou, então, deve ser um ácido fraquíssimo e/ou base fraquíssima). 41 a) A fenolftaleína é um indicador ácido-base que, em meio ácido ou neutro, é incolor e, em meio básico, adquire coloração rósea. O meio inicialmente é ácido e, por isso, a fenolftaleína se mostra incolor. b) A base neutralizou o ácido. Uma gota de NaOH adicionada além do ponto final da titulação deixa o meio básico, e a fenolftaleína passa a ficar rósea. c) H3C — COOH NaOH # H3C — COO Na H2O d) Acetato de sódio (ou etanoato de sódio) e água. e) A quantidade em mols (n) de um soluto em uma solução de concentração em quantidade de matéria M é n M V. Assim: • para o ácido: nácido Mácido Vácido • para a base: nbase Mbase Vbase H3C — COOH Proporção: 1 mol Grandezas: Quantidade de matéria 1 mol Mácido Vácido NaOH 1 mol Quantidade de matéria 1 mol Mbase Vbase Mbase Vbase Após a neutralização de iguais quantidades em mols de HNO3 e CH3NH2, a solução conterá o sal CH3NH3 NO3 dissociado. Por se tratar de um sal de ácido forte e base fraca, sua solução terá caráter ácido, pH 7, o que se explica como decorrência da hidrólise do cátion: H2O(l) F CH3NH2(aq) H3O (aq) CH3NH3 (aq) 38 Alternativa 04. A alternativa 01 é incorreta. Carbonato de sódio: Na2CO3 Bicarbonato de sódio: NaHCO3 A alternativa 02 é incorreta, pois sais de sódio são, em geral, solúveis em água. A alternativa 03 é incorreta, pois o grupo funcional de ácido carboxílico, —COOH, caracteriza normalmente ácido fraco (exceto em casos nos quais grupos substituintes muito eletronegativos estejam presentes). A alternativa 04 é correta. H2O CO2$ RCOOH NaHCO3 # RCOONa Mácido Vácido Substituindo os valores: Mácido Vácido Mbase Vbase Mácido 50 mL 1,0 mol/L 25 mL Mácido 0,5 mol/L 123 — — Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. No estômago (alta [H ]), esse equilíbrio está deslocado para a esquerda e a aspirina está predominantemente na forma molecular. No intestino (baixa [H ]), o equilíbrio está deslocado para a direita e a aspirina predomina na forma de ânion. Representando o p-aminofenol (base fraca) por RNH2, temos: Capítulo 8 Óxido-redução, desidratação e esterificação 8 a) cetona, fenol, éter. b) O grupo funcional cetona é reduzido a álcool secundário: O CH2 CH2 C CH3 [H] OH CH2 CH2 CH CH3 Fórmula estrutural pedida OCH3 OH 9 Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. OCH3 OH A desidrogenação do álcool corresponde a sua oxidação a aldeído: H H3C C H H O cat. O H3C C H + H2 a) O gás é o hidrogênio, um dos produtos da reação. b) O produto líquido coletado é o aldeído produzido na reação, cujo nome sistemático Iupac é etanal. Origina o 2º produto orgânico O [O] O C O H + 2 CH2O 17 a) Origina o 1º produto orgânico O + H C Originam o 3º produto orgânico Origina o 2º produto orgânico Três produtos orgânicos diferentes O [O] O C O OH + 2 CO2 + 2 H2O b) Origina o 1º produto orgânico O + HO C Originam CO2 e H2O Dois produtos orgânicos diferentes 18 Os grupos álcool primário e aldeído, inicialmente presentes nos compostos, são oxidados a ácido carboxílico no processo. [O] O COOH + COOH a) CH2OH b) CH2OH [O] O + COOH O + HOOC COOH [O] O + COOH O + HOOC COOH c) CHO 56 23 A desidratação intermolecular pode acontecer envolvendo: • duas moléculas de metanol; • duas moléculas de etanol; • uma molécula de etanol e outra de metanol. As equações químicas das reações são: H3C H3C H3C CH2 CH2 O O O H + H + H + H H H O O O CH3 CH2 CH3 CH3 H3C H3C CH2 O O CH3 CH2 O + H2O CH3 + H2O + H2O éter dimetílico éter dietílico H3C CH2 CH3 éter etílico e metílico 31 Alternativa B. H3C CH2 OH [O] O H3C C H O c) H3C d) H3C CH2 C H aldeído 32 OH 36 carbono secundário 33 Alternativa C. [O] O H3C C H H3C CH2 OH [O] O H3C C OH Os isômeros de fórmula molecular C3H8O são: H3C O CH2 CH3 éter, não sofre oxidação branda; OH H3C CH CH3 álcool secundário, oxida-se a cetona; O H3C C OH ácido acético O F H3C C O– Sabor azedo + H+ H3C CH2 CH2 OH álcool primário, oxida-se a aldeído. a) O produto de oxidação de B (álcool secundário) é a propanona: O H3C C CH3 34 Alternativa D. O CH3CHO equivale a CH3 C H Grupo funcional aldeído b) A H3C O CH2 CH3 C H3C CH2 CH2 OH Em C ocorrem ligações de hidrogênio entre as moléculas e em A, não. Por isso, o ponto de ebulição de A é menor que o de C. 37 Alternativa D. Na reação equacionada no enunciado, o grupo funcional álcool primário é oxidado a aldeído. Alternativa A. I é correta, porque no reagente há assimetria molecular e no produto, não. II é incorreta, pois o grupo funcional álcool secundário é oxidado a cetona. III é incorreta, porque o reagente (C3H6O3) não é isômero do produto (C3H4O3). 35 Alternativa A. CH3 a) H3C C CH3 CH3 OH álcool terciário carbono terciário 38 b) H3C C CH3 CH2 OH álcool primário carbono primário 39 a) OH H3C CH2 CH CH3 [O] O H3C CH2 cetona C CH3 álcool secundário X Fórmulas estruturais pedidas O H3C CH2 CH2 CH2 OH [O] O [O] H3C CH2 CH2 C H H3C CH2 CH2 C OH álcool primário Y ácido carboxílico Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Alternativa D. Os hidrocarbonetos mencionados são provenientes do vapor de gasolina (e, em menor grau, do vapor de óleo diesel, que é menos volátil). O aldeído é proveniente da oxidação parcial do álcool usado como combustível, o etanol. CH2 CH2 OH álcool primário carbono primário e) H3C CH CH3 álcool secundário b) X apresenta assimetria molecular, o que é evidenciado pela presença de carbono quiral. Apresenta, portanto, isomeria óptica. OH H3C CH2 CH CH3 Y não apresenta assimetria molecular e, portanto, não apresenta isomeria óptica. b) O cobre metálico atua como catalisador. O aquecimento faz com que o sistema tenha energia térmica suficiente para que as moléculas dos reagentes adquiram energia superior à de ativação. (Como o cobre permanece incandescente após a interrupção do aquecimento, deduz-se que a reação é exotérmica e o calor liberado pela própria reação é suficiente para mantê-lo aquecido.) 41 Alternativa B. R C C R [O] H 40 a) H H O + 1 O 2 2 cat. O H C H metanal 2R C R1 O C H + H2O R1 R1 42 Alternativa B. [O] O H3C CH2 C OH + O C CH3 CH3 H3C CH2 CH C CH3 CH3 2-metil-pent-2-eno Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 43 Alternativa B. R C H C H R’ O3 H2O/Zn R C H aldeído O + O C H aldeído R’ R C H C R’ R” O3 H2O/Zn R C H aldeído O + O C R’ cetona R” R C C R”’ O3 H2O/Zn R C R’ cetona O + O C R” cetona R”’ R’ R” Origina CO2 Origina o ácido propanóico 44 a) H2C CH CH2 CH2 CH2 CH CH CH2 CH3 Origina o diácido de cinco carbonos (ácido pentanodióico) b) O but-1-eno produz CO2 e ácido propanóico. O metil-propeno produz CO2 e propanona. Ambos podem, portanto, ser diferenciados pelo tratamento descrito. Já o cis-but-2-eno e o trans-but-2eno produzem ambos ácido acético e não podem, portanto, ser distinguidos pelo método. H2C CH CH2 CH3 [O] [O] O CO2 + HO C CH2 CH3 H2C C CH3 CH3 CO2 + O C CH3 CH3 H3C C H ou H3C C H C C CH3 H [O] O 2 H3C C OH H CH3 58 45 a) CH3 1 b) CH3 1 5 4 2 3 1-metil-ciclo-pent-1-eno (1-metil-ciclo-penteno) Br 2 CH2 Br ou CH3 3 4 2 1 CH2 3 Br CH3 5 3-metil-ciclo-pent-1-eno (3-metil-ciclo-penteno) ou CH3 4 5 3 2 HO 4 CH3 1 4-metil-ciclo-pent-1-eno (4-metil-ciclo-penteno) c) isomeria de posição HO 5 CH2 OH 46 Alternativa A. A primeira reação é a desidratação intramolecular do álcool etílico. A segunda é a desidratação intermolecular do mesmo álcool. Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 47 Alternativa A. CH3 CH3 CH2 H 48 CH2 CH2 CH2 OH OH OH H+ ∆ H+ ∆∆ CH3 CH2 O CH2 CH3 + H2O CH2 CH2 + H2O Alternativa E. I e II são insolúveis em água (são hidrocarbonetos apolares). III, IV e V são solúveis em água. Dos cinco compostos, apenas o ácido acético (V) reage com soda cáustica (NaOH). O H 3C C OH 49 Alternativa E. O + NaOH H3C C O–Na+ + H2O O H3C C OH V 50 Alternativa C. O + HO CH2 IV CH3 F H3C C O CH2 CH3 + H2O O H3C CH2 CH2 C OH ácido butanóico metanol O + HO CH3 F H3C CH2 CH2 C O Composto apresentado no enunciado como tendo cheiro de maçã + CH3 H2O 51 Alternativa B. O H3C CH2 C OH + HO CH2 CH3 H+ O H3C CH2 C O CH2 CH3 + H2O F 52 Alternativa E. O Xé HO CH2 CH3 Yé H3C C OH 53 Alternativa D. Em (1) o grupo álcool primário é oxidado a ácido carboxílico. Em (2) o grupo ácido carboxílico participa de esterificação, produzindo o éster metílico. Alternativa D. I. RCOOH II. RCOOH III. RCOOH Alternativa B. 54 NaHCO3 HOCH3 RCOO RCOO Na RCOOCH3 H CO2 H2O H2O 55 O H O CH2 CH2 CH2 C OH H2C H2C H2 C C O O Professor: Os ésteres cíclicos, como é o caso do produto dessa reação, são mais apropriadamente nomeados na Química universitária como lactonas (assim como as amidas cíclicas são chamadas lactamas). Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 56 01 é verdadeira. Álcool: R OH Éter: R O R’ O Aldeído: R C H O Cetona: R C R’ O C OH O Ácido carboxílico: R Éster: R C O R’ 02 é falsa, pois álcoois não possuem carbonila ( C O ). 03 é falsa, porque, apesar de os ácidos carboxílicos serem os únicos dentre as substâncias citadas a possuir caráter ácido acentuado, não são os únicos em cujo grupo funcional há hidrogênio ligado a oxigênio. Há também os álcoois. 04 é verdadeira. R CH2 OH [O] O R C [O] O R C H OH 05 é falsa. O álcool seria o butan-1-ol (não butanal) e o aldeído seria o butanal (não butanol). 06 é falsa. Não há éter com apenas um átomo de carbono na molécula. Assim, não há éter isômero do metanol. O 57 a) CH3CH2 CH CH [CH2]10 O C CH3 + OH– O CH3CH2 CH CH [CH2]10 OH + CH3 C O– b) O álcool apresenta isomeria geométrica, pois sua molécula tem uma dupla C um dos carbonos possui dois ligantes diferentes. As estruturas dos isômeros geométricos são: C em que cada CH3CH2 C H C [CH2]10 H OH cis CH3CH2 C H C H trans [CH2]10 OH 60 Capítulo 9 Polímeros sintéticos 9 a) O arranjo é cis, conforme evidencia o seguinte esquema, que destaca o arranjo dos ligantes ao redor de uma das duplas ligações: CH2 C H C CH2 H CH2 C H C CH2 H CH2 C H C CH2 H CH2 b) CH2 C C H H Professor: Embora menos comuns, também podem ser consideradas corretas as seguintes respostas: Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. CH2 C H 10 CH2 ou C CH2 H CH2 C H C H a) A guta-percha corresponde ao trans e a borracha natural, ao cis, conforme ilustra o seguinte esquema: CH2 C CH3 C H CH2 CH3 C CH2 C CH2 H CH2 C CH3 C H CH2 guta-percha CH2 C CH3 C CH2 H CH2 C CH3 C CH2 H CH2 C CH3 C CH2 H borracha natural b) H2C C CH3 CH CH2 c) H2C C CH3 CH CH2 d) São iguais. A diferença entre guta-percha e borracha natural reside no fato de serem isômeros geométricos (cis-trans), e não no fato de serem provenientes de diferentes monômeros. 16 Alternativa D. No metil-1,3-butadieno (atualmente, metil-buta-1,3-dieno) há duas insaturações C C , que o caracterizam como dieno. Alternativa D. A alternativa A é incorreta, porque o teflon é um polímero obtido a partir do tetrafluoretileno. A alternativa B é incorreta, pois o PVC é produzido a partir do cloreto de vinila. A alternativa C é incorreta, porque no silicone não há a presença necessária do elemento químico nitrogênio. A alternativa D é correta. A borracha sintética é produzida a partir do buta-1,3-dieno. A alternativa E é incorreta, uma vez que os plásticos (polímeros sintéticos) não são, em sua maioria, biodegradáveis. 19 Alternativa D. CH2 C CH3 CH CH2 n 17 hidrocarboneto 20 Alternativa A. A alternativa A é correta, pois a estrutura do teflon é: CF2 CF2 n A alternativa B é incorreta, porque não há átomos de cloro na molécula de teflon e, portanto, não há possibilidade da geração de CFC (clorofluorocarbono) na sua degradação. A alternativa C é incorreta, pois entre as substâncias geradas pela atividade humana que contribuem para a destruição da camada de ozônio estão os clorofluorocarbonos. O CO2 tem envolvimento em outro problema ambiental, a intensificação do efeito estufa. A alternativa D é incorreta, uma vez que o teflon se origina de apenas um tipo de monômero, o F2C CF2 . A alternativa E é incorreta, pois a quebra de moléculas a altas temperaturas é chamada de pirólise. Denomina-se fotólise a quebra sob a ação da luz. 21 Alternativa C. A imensa maioria dos plásticos não é decomposta pela ação de microrganismos. Em decorrência disso, permanece no meio ambiente por muito tempo sem se degradar, constituindo um sério problema ambiental. Alternativa A. Por exemplo, se o ácido tiver duas insaturações, terá fórmula geral CnH2n 3COOH. Se tiver três, será CnH2n 5COOH. E assim por diante. Considerando os dados fornecidos na questão, temos que o ácido behênico é saturado (CnH2n 1COOH, n 21), o ácido erúcico é monoinsaturado (CnH2n 1COOH, n 21) e o ácido gondóico também é monoinsaturado (CnH2n 1COOH, n 19). 33 Escrevendo a estrutura dos reagentes a partir dos quais há a formação do aspartame, temos: O H2N CH CH2 COOH C NH CH CH2 O C O CH3 23 CH3 tolueno O Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. O OH H N H CH CH2 C OH HO CH3 CH2 CH Cl OH n PVC H N H CH CH2 C metanol COOH ciclo-hexanol ácido aspártico fenilalanina O ciclo-pentanona (Nomes obtidos na tabela fornecida no livro-texto.) O ... NH O [ CH2 ]6 NH C [ CH2 ]4 C ... 48 náilon Porque o fermento biológico promove a fermentação de uma pequena parte dos carboidratos presentes na massa e essa reação libera CO2 dentro da massa, fazendo-a inchar. Como a bolinha afunda na água, podemos afirmar que ela tem densidade maior que a desse líquido. A fermentação consiste em um processo químico que ocorre na bolinha, produzindo gás, que nela fica retido. A massa da bolinha não se altera, porém seu volume aumenta. Uma vez que a densidade de um corpo é igual a sua massa dividida por seu volume (d m/V), o aumento do volume da bolinha reduz sua densidade. Quando a densidade da bolinha se torna menor que a da água, ela sobe e passa a flutuar no líquido. Um dos princípios fundamentais da cinética química diz que a rapidez das reações químicas depende da temperatura. Ela é diminuída com a redução da temperatura. Assim, em dias frios, a reação de fermentação é mais lenta e demora mais tempo para que a liberação de gás ocorra. Nesses dias, portanto, a bolinha leva mais tempo para ter sua densidade diminuída e subir. Alternativa B. Numa estrutura do tipo R COOH , sendo “n” o número de carbonos presentes em R, teremos as seguintes situações possíveis: • Se o ácido graxo for saturado, cada carbono de R terá dois hidrogênios, exceto o da extremidade CH3, que terá três. Assim, haverá 2n 1 hidrogênios. Portanto, a fórmula geral dos ácidos graxos saturados é CnH2n 1COOH. • Se o ácido graxo for monoinsaturado, dos 2n 1 hidrogênios presentes no grupo R saturado, dois serão “removidos” para que se estabeleça a dupla C C . Assim, teremos 2n 1 hidrogênios (isto é, 2n 1 2) no grupo R. A fórmula geral dos ácidos graxos monoinsaturados é, portanto, CnH2n 1COOH. • Se o ácido graxo for poliinsaturado, o número de hidrogênios em R será sucessivamente menor que 2n 1, sendo subtraído de duas unidades a cada nova insaturação que se faça presente. 26 Alternativa C. Os átomos de hidrogênio da água eliminada provêm dos anéis aromáticos e o átomo de oxigênio provém do metanal. 49 OH H H H O C H H OH H 50 Capítulo 10 Noções sobre alguns compostos presentes em seres vivos 51 52 6 Numa estrutura do tipo R COOH , sendo “n” o número de carbonos presentes em R, teremos as seguintes situações possíveis: • Se o ácido graxo for saturado, cada carbono de R terá dois hidrogênios, exceto o da extremidade CH3, que terá três. Assim, haverá 2n 1 hidrogênios. Portanto, a fórmula geral dos ácidos graxos saturados é CnH2n 1COOH. • Se o ácido graxo for monoinsaturado, dos 2n 1 hidrogênios presentes no grupo R saturado, dois serão “removidos” para que se estabeleça a dupla C C . Assim, teremos 2n 1 hidrogênios (isto é, 2n 1 2) no grupo R. A fórmula geral dos ácidos graxos monoinsaturados é, portanto, CnH2n 1COOH. • Se o ácido graxo for poliinsaturado, o número de hidrogênios em R será sucessivamente menor que 2n 1, sendo subtraído de duas unidades a cada nova insaturação que se faça presente. 62 Por exemplo, se o ácido tiver duas insaturações, terá fórmula geral CnH2n 3COOH. Se tiver três, será CnH2n 5COOH. E assim por diante. Considerando as fórmulas fornecidas na questão, temos que: • o ácido linoléico é poliinsaturado com três ligações duplas C C (CnH2n 5COOH, n 17); • o ácido erúcico é monoinsaturado (CnH2n 1COOH, n 21); • o ácido palmítico é saturado (CnH2n 1COOH, n 15). Assim, são insaturados os ácidos linoléico e erúcico. Contudo, dentre ambos, somente o ácido erúcico tem ponto de fusão superior a 20°C e é, portanto, sólido nessa temperatura. 53 Alternativa D. • C12H24O2, ou C11H23COOH (CnH2n 1COOH, n 11), é saturado. • C14H30O2, ou C13H29COOH, é fórmula incorreta. É impossível, na cadeia de um ácido carboxílico, haver 29 hidrogênios em 13 carbonos! • C16H32O2, ou C15H31COOH (CnH2n 1COOH, n 15), é saturado. • C 18 H 34 O 2, ou C 17 H 33COOH (C n H 2n 1COOH, n 17), é monoinsaturado. Alternativa A. A preparação de margarina envolve a hidrogenação catalítica de parte das insaturações C C dos triacilgliceróis. Alternativa E. triacilglicerol 61 Alternativa B. A camada de óleo (apolar) flutuando sobre a água (polar) oferece dificuldade para que o ar se dissolva na água. Isso é bastante prejudicial à vida aquática. Alternativa D. I representa um detergente catiônico. II representa um sabão. III representa um detergente aniônico. Alternativa D. Para montar a estrutura de um aminoácido, há duas combinações possíveis, 1-2-6 e 4-2-6, das quais apenas uma aparece nas alternativas. 62 63 CH3 1-2-6 H C NH2 O C OH CH3 CH 54 CH3 4-2-6 H CH2 C NH2 O C OH Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. CH3 CH 55 soda cáustica sabão (sal de ácido graxo) glicerol 64 Alternativa E. Todos os aminoácidos apresentam átomos de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. Átomos de enxofre aparecem em apenas alguns (cisteína e metionina) dos vinte aminoácidos encontrados em proteínas. Alternativa B. A ligação peptídica, que une os resíduos de aminoácidos que formam as proteínas, é uma ligação covalente (entre carbono e nitrogênio) que faz parte de um grupo funcional amida. Alternativa B. A representa o amido, B representa uma proteína e C representa um triacilglicerol. Batata e farinha de trigo são alimentos ricos em amido. Gelatina é rica em proteína. Óleo de cozinha e manteiga são constituídos de triacilgliceróis. 56 Alternativa D. A alternativa A é incorreta, porque, nos óleos, predominam triacilgliceróis derivados de ácidos graxos insaturados e, nas gorduras, de ácidos graxos saturados. A alternativa B é incorreta, porque os óleos são líquidos nas condições ambientes devido à predominância de triacilgliceróis derivados de ácidos graxos insaturados. A alternativa C é incorreta, porque as gorduras são sólidas nas condições ambientes devido à predominância de triacilgliceróis derivados de ácidos graxos saturados. A alternativa D é correta. Os sabões são sais de ácidos carboxílicos de cadeia carbônica relativamente longa. A alternativa E é incorreta, porque glicídios são açúcares (a palavra vem do grego glykys, doce). 65 66 67 Alternativa C. O H3C N H H HO C CH2 CH3 H3C NH O C CH2 CH3 69 Alternativa E. grupo ciclopropila CH2 CH n isopor (poliestireno) HN N F N COOH O grupo carboxila 72 halogênio anel aromático 71 Alternativa C. CF2 CF2 n teflon Alternativa C. O enunciado afirma que “cerca de 50% dos carboidratos responsáveis pelo sabor adocicado são convertidos em amido nas primeiras 24 horas”, conversão que, por ocorrer em um sistema bioquímico, certamente é catalisada por enzimas. A primeira etapa do método proposto, que consiste no aquecimento em água fervente, provoca a desnaturação protéica das enzimas, conservando os carboidratos responsáveis pelo sabor adocicado. 76 1 mol 6 mol 77 — — 2 mol x ⇒ x 12 mol 123 12 109 L Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. — 1,7 108 t x x 78 H2O C6H12O6 C6H12O6 a) C12H22O11 b) O leite terá seu índice de doçura aumentado. A reação de hidrólise, catalisada pela lactase, transformará lactose (C12H22O11) em glicose (C6H12O6) e galactose (C6H12O6). Como o índice de doçura da glicose é 0,70 e o da galactose é 0,65, ambos somados resultam em 1,35, maior que o índice de doçura da lactose, que é 0,26. Concluímos, portanto, que a mistura formada pelos produtos da reação de hidrólise é mais doce do que o reagente. Alternativa D. Na digestão dos alimentos ocorre a hidrólise de: • proteínas, fornecendo aminoácidos; • hidratos de carbono do tipo dissacarídios e polissacarídios, fornecendo monossacarídios; • lipídios, fornecendo ácidos graxos (ácidos carboxílicos) e glicerol (glicerina). Tais processos de hidrólise são catalisados por enzimas. Alternativa A. I é um monossacarídio (é a glicose). II é um aminoácido (um β-aminoácido, pois o grupo amino está posicionado no segundo carbono, a contar do vizinho à carboxila). III é um triacilglicerol (lipídio). A alternativa A é incorreta, porque a glicose é solúvel em água. Essa solubilidade se deve ao estabelecimento de ligações de hidrogênio entre as moléculas de glicose e de água. A alternativa B é correta. O composto II tem caráter anfótero; pode reagir com ácidos (por meio do grupo amino) ou com bases (por meio do grupo carboxila). O sal resultante permanece dissociado na água e, portanto, dissolvido nela. A alternativa C é correta. A saponificação (hidrólise básica) de um triacilglicerol produz glicerol e sais de ácido graxo (sabões). A alternativa D é correta, pois, sendo III um triacilglicerol derivado de ácidos graxos insaturados, ele é um óleo, apresentando-se líquido nas condições ambientes. a) CO2(aq) H2O(l) F H(aq) HCO3 (aq) No sangue venoso, há uma concentração de CO2 relativamente alta e, de acordo com o Princípio de Le Chatelier, o equilíbrio é deslocado para a direita. Isso aumenta a concentração de H e causa redução do pH (aumento da acidez do meio). No sangue arterial, por outro lado, há uma concentração de CO 2 relativamente baixa e o equilíbrio é deslocado para a esquerda. Isso reduz a concentração de H e causa aumento do pH. 1g 13,5 g — — 38 kJ d 123 123 1 43 42 Alternativa A. O teste requer que se estabeleça uma relação de proporcionalidade entre volume de álcool e massa de cana-de-açúcar. O esquema fornecido no enunciado indica que, partindo de 1 t de cana-de-açúcar, chega-se a 70 L de etanol. Assim, podemos determinar a massa de cana-de-açúcar necessária para obter 12 bilhões de litros (12 109 L) de etanol. Grandezas: Volume Massa de de álcool cana-de-açúcar 70 L — 1t 82 a) Vamos tratar proteínas (7%) e carboidratos (59%) conjuntamente (66%), já que a energia liberada na combustão é a mesma por grama de material. Grandezas: Massa Porcentagem 50 g — 100% ⇒ a 33 g a — 66% ⇒ b 13,5 g b — 27% Assim, temos as massas de proteínas e carboidratos (33 g) e de lipídios (13,5 g) na barra de chocolate. Então, vamos calcular a energia liberada na combustão dessas massas. Grandezas: Massa Energia 1g — 17 kJ ⇒ c 561 kJ 33 g — c ⇒ d 513 kJ 79 80 Capítulo 11 A Química Orgânica e o ambiente 30 Alternativa E. Dentre os materiais que aparecem nas alternativas, são obtidos no refino do petróleo cru apenas: gás de petróleo, gasolina, querosene e óleo diesel. 81 123 Assim, a energia total fornecida pela barra de chocolate é 1.074 kJ, que podemos arredondar para 1,1 103 kJ. b) O fato de o “calor específico” do corpo humano ser igual a 4,5 J g 1 K 1 significa que uma quantidade de calor de 4,5 J provoca um aumento de 1 K na temperatura de 1 g desse “material”. Grandezas: Massa Energia 1g — 4,5 J ⇒ e 2,7 102 kJ 6 104 g — e Esse cálculo revela que é necessária uma quantidade de calor igual a 2,7 102 kJ para elevar em 1 K a temperatura de uma pessoa de massa 60 kg (6 104 g). Como a quantidade de calor fornecida pela barra de chocolate é 1,1 103 kJ, podemos determinar que aumento de temperatura ela propicia. Grandezas: Energia Variação de temperatura 2,7 102 kJ — 1K ⇒ f 4,1 K 1,1 103 kJ — f 123 123 — 6 24 L ⇒ x 0,25 g x — 0,200 L Essa é a massa de glicose gasta no mesmo intervalo de tempo em que são produzidos 200 mL de CO2, ou seja, em um minuto. Vamos, agora, determinar o tempo necessário para consumir 18 g de glicose: Grandezas: Massa Tempo 0,25 g — 1 min ⇒ y 72 min 18 g — y 180 g 123 123 Alternativa A. C6H12O6 2 C2H5OH 2 CO2 De acordo com a proporção dos coeficientes: C6H12O6 2 C2H5OH Proporção: 1 mol 2 mol Grandezas: Quantidade Quantidade de matéria de matéria b) C6H12O6 6 O2 6 CO2 6 H2O De acordo com a proporção dos coeficientes: 6 CO2 C6H12O6 Proporção: 1 mol 6 mol Grandezas: Massa Volume 64 31 Alternativa E. Vamos subentender que o enunciado deseja “aquele que libera maior quantidade de CO2 em uma combustão completa” por mol de hidrocarboneto queimado. Como cada molécula de CO2 é proveniente de um átomo de carbono presente no combustível, o composto que apresentar mais carbonos na molécula será aquele que liberará maior quantidade de CO2, por mol, na combustão completa. heptano V 7C hexano V 6C 2,3-dimetil-pentano V 7C 2,2,3-trimetil-butano V 7C 2,2,4-trimetil-pentano V 8C Alternativa D. O monóxido de carbono (I) e o dióxido de carbono (II) são incolores e, misturados ao ar, não são visíveis. Já a fuligem (II), que é carbono grafite sob a forma de pó fino, e os vapores (IV), que se condensam na atmosfera e formam uma névoa, são visíveis. Alternativa E. O alcatrão da hulha é uma mistura de compostos de cadeia aromática. Nas alternativas, o único composto de cadeia aromática é o naftaleno. Alternativa E. Há 20 carbonos na estrutura, um em cada vértice. Há 12 hidrogênios na estrutura, um em cada carbono que esteja ligado a outros dois carbonos. Não há átomos de hidrogênio nos carbonos ligados a três outros carbonos, porque tais carbonos fazem uma ligação dupla com um deles e, portanto, têm as quatro ligações estabelecidas com carbonos. Professor: Há mais de uma estrutura de ressonância possível para o composto apresentado no enunciado. Uma delas é: 39 No gráfico também há a informação de que a emissão por habitante no Brasil é de 2,5 t e, no texto do enunciado, encontramos o dado de que a população brasileira é de 160 milhões (160 106) de pessoas. Com esses valores, podemos afirmar que a quantidade de CO2 emitida anualmente pelo Brasil é de 160 106 2,5 t. Assim, mantendo-se a população brasileira e a emissão anual por habitante, podemos estimar quantos anos o Brasil levaria para atingir o “acumulado atual dos EUA”. Grandezas: Tempo Massa de CO2 1 ano — 160 106 2,5 t x — 185 109 t x 462,5 anos 33 Observação 1: Uma leitura ligeiramente diferente do valor 185 altera o resultado desse cálculo, mas, mesmo assim, a melhor alternativa continua sendo a C. Observação 2: Desprezamos, na resolução, a quantidade já acumulada pelo Brasil, por se tratar de um valor pequeno em relação ao dos Estados Unidos. Alternativa B. O aterro sanitário promove a diminuição do contato humano direto com o lixo (I). A compostagem, que não figura nas alternativas, permite a produção de adubo para a agricultura (II). O depósito a céu aberto é um processo barato (III). E a incineração promove uma drástica redução do volume de lixo (IV), pois as cinzas ocupam muito menos espaço. Alternativa E. Apenas I e III reduzem a necessidade de matéria-prima natural para fazer papel, pois incentivam o reaproveitamento de papel que já existe. Alternativa 03. A alternativa 01 é incorreta, porque os derivados diretos do petróleo são os seus componentes, predominantemente hidrocarbonetos, que constituem as frações do petróleo. Alguns deles podem, por meio de reações químicas subseqüentes, dar origem a plásticos. A alternativa 02 é incorreta, porque os plásticos são, por via de regra, polímeros artificiais ( feitos pelo ser humano). A alternativa 03 é correta, pois os polímeros citados são facilmente derretidos e remodelados. A alternativa 04 é incorreta, porque os materiais citados são polímeros de condensação. A alternativa 05 é incorreta, pois biodegradação não envolve combustão. Alternativa D. A alternativa A é incorreta. As hidrelétricas causam impacto ambiental, porque a construção da barragem, que envolve a inundação de uma grande área, pode extinguir várias espécies vivas. A alternativa B é incorreta, pois o suprimento de água e a disponibilidade de vento e de luz solar dependem das condições climáticas. A alternativa C é incorreta, porque o enunciado versa sobre métodos de geração, que nada têm a ver com eventuais métodos de armazenamento de energia. A alternativa D é correta, pois os cursos de água, o vento e a luz solar são recursos naturais renováveis. A alternativa E é incorreta, uma vez que, nas usinas citadas, não é feita a queima de combustíveis fósseis. Alternativa A. O texto afirma que a celugnina é um combustível. Assim, ao ser aproveitado para gerar energia elétrica, esse material desempenharia papel similar ao de qualquer outro combustível usado para gerar energia elétrica, como é o caso do gás natural, do óleo combustível ou do carvão, queimados em usinas termoelétricas. 34 123 35 42 43 36 Alternativa D. Se a quantidade em mols de butano representa até 20% da quantidade em mols de gás natural, concluímos que a quantidade máxima de butano em mols será 20% de 10 mol, ou seja, 2 mol. E a fórmula estrutural do butano é: H3C CH2 CH2 CH3 butano O prefixo “n-”, usado no enunciado (n-butano), é empregado por alguns autores para enfatizar o fato de a cadeia ser normal (nãoramificada). Sua aplicação não é necessária e, de fato, tende ao desuso, não sendo recomendado pela Iupac. Alternativa D. O enunciado descreve o efeito estufa. O efeito tampão (alternativa A) é a atenuação de variação do pH de uma solução quando nela se adiciona uma quantidade moderada de ácido ou de base, devido ao fato de ela ser tamponada. El Niño é uma corrente marítima de temperatura anormal que ocorre, eventualmente, no Oceano Pacífico e que produz alterações climáticas em vários locais do planeta, alguns dos quais distantes do local onde tal corrente ocorre. Tais alterações constituem o efeito El Niño (alternativa B). Efeito Tyndall (alternativa E) diz respeito à dispersão da luz por partículas coloidais dispersas em um meio. Alternativa C. A leitura do gráfico informa que a emissão de CO2 dos Estados Unidos desde 1950 (o “acumulado atual dos EUA” a que se refere o enunciado) é de aproximadamente 185 bilhões de toneladas (185 109 t). 44 37 45 38 Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
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