QUÍMICA PRÉ-VESTIBULAR LIVRO DO PROFESSOR Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br © 2006-2008 – IESDE Brasil S.A. É proibida a reprodução, mesmo parcial, por qualquer processo, sem autorização por escrito dos autores e do detentor dos direitos autorais. I229 IESDE Brasil S.A. / Pré-vestibular / IESDE Brasil S.A. — Curitiba : IESDE Brasil S.A., 2008. [Livro do Professor] 832 p. ISBN: 978-85-387-0577-2 1. Pré-vestibular. 2. Educação. 3. Estudo e Ensino. I. Título. CDD 370.71 Disciplinas Autores Língua Portuguesa Literatura Matemática Física Química Biologia História Geografia Francis Madeira da S. Sales Márcio F. Santiago Calixto Rita de Fátima Bezerra Fábio D’Ávila Danton Pedro dos Santos Feres Fares Haroldo Costa Silva Filho Jayme Andrade Neto Renato Caldas Madeira Rodrigo Piracicaba Costa Cleber Ribeiro Marco Antonio Noronha Vitor M. Saquette Edson Costa P. da Cruz Fernanda Barbosa Fernando Pimentel Hélio Apostolo Rogério Fernandes Jefferson dos Santos da Silva Marcelo Piccinini Rafael F. de Menezes Rogério de Sousa Gonçalves Vanessa Silva Duarte A. R. Vieira Enilson F. Venâncio Felipe Silveira de Souza Fernando Mousquer Produção Projeto e Desenvolvimento Pedagógico Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br Derivados halogenados H3C – CH2 – CH2 – Br ⇒ 1–bromo propano brometo de propila Os derivados halogenados estão presentes no dia-a-dia, e normalmente nas drogas, seu estudo é importante para ajudar no entendimento e cura de usuários em geral e do funcionamento dos principais compostos como o clorofórmio e os gases freon. Derivados halogenados ou haletos orgânicos I ⇒ iodo benzeno iodeto de fenila `` Exemplos: Br Os haletos orgânicos são compostos que apresentam pelo menos um átomo de halogênio (F, C Br, I) ligado a um radical derivado de hidrocarboneto. Esses compostos são representados genericamente por: R – X, em que X = F, C , Br ou I `` H3C — CH2 — CH — CH3 2–bromo–butano C H—C—C C Exemplos: triclorometano CH3 – CH2 – C H3C — CH — CH — CH2 — CH2 — CH3 C I I 2–iodo–3–metilexano Br •• Nomenclatura: Oficial ou IUPAC ⇒ nome do halogênio + nome do Hc. Usual ou vulgar ⇒ nome do halogeneto + de + nome do radical EM_V_QUI_031 `` Haletos de acila ou haletos de ácidos Os haletos de ácido provêm da substituição da hidroxila (OH) presente num ácido carboxílico por um átomo de halogênio. Observe: O Exemplos: R — C H3C – CH2 – C CH3 O - OH R — C +C OH X grupo funcional X = F, C , Br ou I ⇒ cloro etano cloreto de etila Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br 1 Sua nomenclatura oficial é dada em função do nome do ácido carboxílico de origem, de acordo com o seguinte esquema: brometo, cloreto + de = fluoreto ou iodeto -ico + ila nome do ácido O O OH oficial: ácido etanoico usual: ácido acético H3C — C C 3 O clorofórmio começou a ser utilizado como anestésico, para fins cirúrgicos, em 1847. Atualmente, não se emprega mais o clorofórmio com esta finalidade porque está provado que pode causar parada respiratória e danos irreparáveis ao fígado. CFC (clorofluorcarbono) – freons Os dois compostos mais comuns desse grupo de substâncias são: 2 DDT – dicloro – difenil – tricloroetano CH C C C —C—C Clorofórmio HCC (triclorometano) C H F—C—C F—C—C C C • + O3 → C O • + O2 C O • + O → C • + O2 oficial: cloreto de etanoíla usual: cloreto de acetila ⇒ Alguns derivados halogenados importantes triclorofluormetano radiação ultravioleta C diclorofluormetano Genericamente, esses compostos são conhecidos como CFC (cloro-flúor-carbono) e são utilizados como propelentes em aerossóis e como líquidos refrigerantes em refrigeradores e aparelhos de ar condicionado. O uso dos aerossóis e eventuais vazamentos nos aparelhos de refrigeração liberam os freons para a atmosfera, ocasionando um sério problema ambiental, pois estes podem destruir a camada de ozônio que protege a Terra dos raios ultravioleta. Os CFCs reagem com o ozônio da seguinte maneira: C O DDT é um dos mais conhecidos inseticidas de baixo custo. Foi utilizado inicialmente na época da Segunda Guerra Mundial para controlar doenças transmitidas por insetos, como malária, tifo e febre amarela. Em muitas partes do mundo, seu uso foi proibido por apresentar efeito acumulativo no organismo e por ser capaz de interromper o equilíbrio natural do meio ambiente, envenenando alimentos, como verduras, carnes e peixes, e, ainda, enfraquecendo as cascas de ovos das aves. Dioxina É o nome de um grupo de centenas de compostos altamente persistentes no meio ambiente. A mais conhecida e mais tóxica é a 2, 3, 7, 8 –tetraclorodibenzeno–p–dioxina (2, 3, 7, 8 – TCDD). C O C C O C A dioxina pode ser originada como um subproduto na produção de inseticidas clorados e também na queima de hidrocarbonetos clorados, da poluição de indústrias de papel que utilizam cloro como alvejante e ainda da produção de PVC (policloreto de vinila). A dioxina, devido ao seu efeito acumulativo, pode aparecer em ovos, carnes de boi, porco, galinha, peixes, produtos que utilizam leite na sua fabricação etc. A intoxicação por dioxina pode levar a doenças como câncer de mama, de testículo ou de próstata, endometrioses, entre outras. Gás lacrimogênio O C CH — C Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br EM_V_QUI_031 H3C — C - OH +C CF2C 2 + UV → CF2C + C Começou a ser utilizado na Primeira Guerra Mundial e ainda hoje é usado para dispersar aglomerações em manifestações de rua. Essa substância apresenta baixa toxicidade, mas é um poderoso agente lacrimogênio. Além do gás lacrimogênio, há um grande número de outras substâncias, não apenas da função haletos, que podem ser utilizadas em guerras químicas. Funções mistas prefixo •• infixo: – an – (apenas ligações simples). •• terminação: – oico (ácido carboxílico). Disso resulta o termo butanoico para a cadeia principal. O próximo passo é indicar o nome (cloro) e a posição do radical. Para isso numeramos a cadeia principal pela extremidade mais próxima do grupo funcional. O 4 3 2 1 C—C—C—C Um composto pertence à função mista se em sua estrutura existirem dois ou mais grupos funcionais. Na sua nomenclatura oficial, seus nomes são formados assim: radical Podemos agora nomeá-la: •• prefixo: but – (4 carbonos). infixo γ 3-cloro OH C Portanto, o nome do composto é ácido 3 – clorobutanoico (ou ácido β – cloro – butanoico). `` Exemplos: terminação OH O H3C — CH — C Como esses compostos possuem mais de um grupo funcional, é necessário, antes de lhes dar nome, definir a sua função principal. As demais funções serão chamadas secundárias e farão parte dos radicais. A ordem de preferência, segundo a IUPAC, é: ácido, amida, éster, nitrilo, aldeído, cetona, amina, álcool e haleto orgânico. Vejamos como aplicar esse princípio ao exemplo seguinte: •• Qual é o nome do composto? O CH3 — CH — CH2 — C OH C Primeiro, é preciso definir a cadeia principal. Para isso, note que o composto em questão possui dois grupos funcionais: O OH Nesse composto, a função principal é o ácido, logo seu sufixo será – oico; a função secundária é o álcool, que será indicado pelo prefixo hidróxi –. Então, temos: oficial: ácido 2 – hidróxi – propanoico. usual: ácido láctico (presente no leite e no músculo). O NH2 O O C — CH — C — CH — C H OH OH função principal: ácido = pentanoico. funções secundárias: aldeído = 5 – oxo. cetona = 3 – oxo. amina = 4 – amino. álcool = 2 – hidróxi. oficial: 4 – amino – 2 – hidróxi – 3, 5 – dioxopentanoico. CH3 — CH — CH2 — C C OH haleto orgânico ácido carboxílico EM_V_QUI_031 Então, pela ordem de preferência, a cadeia principal deverá conter o grupo funcional ácido: O C—C—C—C OH 1. (Unicamp) No jornal Correio Popular, de Campinas, de 14 de outubro de 1990, na página 19, foi publicada uma notícia referente à existência de lixo químico no litoral sul do estado de São Paulo: “[...] a Cetesb descobriu a existência de um depósito de resíduos químicos industriais dos produtos pentaclorofenol e hexaclorobenzeno, no sítio do Coca, no início de setembro [...]”. Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br 3 Sabendo que o fenol é um derivado do benzeno em que um dos hidrogênios da molécula foi substituído por um grupo OH, escreva a fórmula estrutural do: a) pentaclorofenol. b) hexaclorobenzeno. `` 4. A utilização em larga escala do dicloro-difenil-tricloroetano, conhecido como DDT, provocou uma revolução na agricultura com o aumento da produtividade. Todavia, em função de seus efeitos ambientais, diferentes países têm proibido a utilização de agrotóxicos que contenham tal substância. O DDT é preparado por meio da reação representada abaixo, a qual ocorre na presença de ácido sulfúrico, HSO. Analise a equação e considere as características das reações químicas. Solução: a) OH C O C 2C H2SO4(aq) + C 3C— C () H( ) C C C C H2SO4(aq) b) + H2O( ) 3(s) C C C Julgue os itens a seguir em verdadeiro ou falso. Justifique. 1. O nome de um dos reagentes é clorobenzeno. C C C 2. Quando a reação atingir o equilíbrio, as concentrações dos reagentes serão iguais a zero. C 2. O tetracloreto de carbono é um dos poucos líquidos orgânicos que podem ser usados como extintores de incêndio. Escreva suas fórmulas estrutural e molecular e dê o seu nome oficial. 3. A energia de ativação da reação é a mesma com ou sem ácido sulfúrico. `` 5. O gráfico abaixo representa a variação de DDT na reação. 4. Ao final da reação, o DDT pode ser extraído por meio de filtração ou de decantação. Solução: C DDT concentração C — C — C ; CC 4 C tetradorometano 3. O teflon é um polímero muito utilizado no revestimento de panelas, sendo que a matéria-prima utilizada para sua fabricação é o tetrafluoreteno. Escreva a fórmula estrutural dessa matéria-prima e indique a que função pertence. tempo `` Solução: 1. Verdadeiro. 2. Falso. Quando uma reação atinge o equilíbrio, as concentrações finais dos reagentes e dos produtos se mantêm constantes e diferentes de zero. Solução: F F C=C F F ⇒ Pertence à função orgânica haleto. 3. Falso. O ácido sulfúrico. HSO, funciona como catalisador da reação, aumentando a velocidade e diminuindo a energia de ativação da reação. 4. Verdadeiro. 5. Verdadeiro. Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br EM_V_QUI_031 `` 4 CH — CC d) 1. Escreva o nome IUPAC das substâncias apresentadas nos itens a seguir: a) 4. (UERJ) O clorofórmio foi um dos primeiros anestésicos usados na medicina. Com o tempo, foi substituído por outros menos tóxicos. Assinale a alternativa que contém a fórmula do clorofórmio. a) CH3Cl b) CCl4 b) c) CHCl3 d) CCl2O 5. (UERJ – adap.) Os haletos orgânicos, apesar de serem solventes polares, são praticamente insolúveis em água, que também é polar. Explique esse fenômeno. c) 6. (Elite) Nas CNTP, qual é o estado físico dos derivados halogenados? d) 7. Indique o produto principal das reações abaixo: a) e) 2. Escreva as fórmulas estruturais correspondentes aos compostos abaixo: b) a) dibromo-metano. b) cloreto de isopropila. c) iodeto de etila. d) brometo de propila. c) 3. (Elite) Determine as funções orgânicas existentes nas seguintes fórmulas estruturais: a) d) b) 8. (Elite) Cite e comente duas aplicações das reações envolvendo cloretos de ácidos. 9. (Elite) Dê o produto das reações: a) EM_V_QUI_031 c) Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br 5 3. (Elite) Sabendo que o halofano, um moderno anestésico, tem fórmula estrutural: b) c) Escreva o nome IUPAC desse composto. 4. (UFF – adap.) Antigamente, encontrava-se nas embalagens de desodorantes aerossóis, e sprays inseticidas, o símbolo “CFC”, prejudicial à camada de ozônio. O que significa este símbolo? Cite dois exemplos e dê seus nomes comerciais. d) 5. (UFRJ) Os haletos orgânicos sofrem diversas reações de substituição como, por exemplo, com o hidróxido de sódio em solução aquosa. 10. (PUC) As moléculas dos compostos pertencentes às funções cloretos de ácido, anidridos, amida e ésteres contém o grupo: O composto A, por sua vez, sofre oxidação em presença de permanganato de potássio em meio ácido, a) acila. b) alcoxi. c) alela. d) carboxila. onde B é o produto orgânico formado. a) Qual o nome do composto A? e) hidroxila. b) Qual a função química do composto B? 6. Dê a nomenclatura IUPAC: a) 1. (UERJ) O teflon, um polímero usado no revestimento de panelas, é formado pela união de moléculas de tetraflúor etileno (tetrafluor-eteno). b) Com base nessa informação, escreva a fórmula estrutural desse derivado halogenado. 2. (Elite) Dê a nomenclatura IUPAC dos compostos abaixo: c) a) freon–11 d) b) 6 e) EM_V_QUI_031 freon–12 Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br 7. (Elite) Complete as equações: a) b) c) 8. (Cesgranrio) O inseticidade DDT (C14H9Cl5) é preparado segundo a reação abaixo: 2 C6H5Cl + C2HCl3O C14H9Cl5 + H2O Considerando que o rendimento da reação é de 100%, calcule quantos quilogramas de DDT são formados quando se reagem 900 kg de C6H5Cl com 295 kg de C2HCl3O (Pesos Moleculares: C6H5Cl = 112,5; C2HCl3O = 147,5; C14H9Cl5 = 354,5). 9. (UFMG) O principal componente das resinas polivinílicas pode ser sintetizado pela reação: As geometrias dos átomos de carbono das três substâncias são, respectivamente: a) diagonal; trigonal; trigonal. b) tetraédrica; diagonal; tetraédrica. c) trigonal; diagonal; tetraédrica. d) trigonal; tetraédrica; diagonal. e) trigonal; tetraédrica; trigonal. 10. (Elite) Quantos derivados diclorados do metil-propano existem? EM_V_QUI_031 11. O tetracloreto de carbono é um composto extremamente tóxico e que pode causar graves problemas no fígado. É também utilizado para limpar objetos, como peças de relógio. No entanto, deve ser manuseado com extremo cuidado, em ambientes ventilados. Por que deve-se ter esse cuidado? 12. O clorofórmio era usado como anestésico em procedimentos médico-cirúrgicos, em substituição ao éter. Com o tempo, percebe-se que o clorofórmio era um anestésico perigoso. Justifique. Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br 7 c) H3C – CH2 – I d) H3C – CH2 – CH2 – Br 3. 1. a) 2-cloro-3-etil-2-metil-pentano. b) 1-bromo-2-3-dicloro propano. c) 2,3-dibromo-2-buteno (cis ou trans). d) 1-bromo-1-cloro-2-butino. e) 2-cloro-1,3-butadieno. a) ácido carboxílico e amina. b) amina e cetona. c) haleto, amina e amida. d) haleto. 4. C 2. a) 6. De modo geral, os derivados halogenados são líquidos e com pontos de ebulição próximos dos alcanos de mesma massa molecular. 8 Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br EM_V_QUI_031 b) 5. A baixa solubilidade em água dos haletos orgânicos deve-se ao fato de não formarem pontes de hidrogênio. Logo, dificulta sua interação com a H2O, que faz ligações de hidrogênio. 7. a) 1. b) 2. a) triclorofluormetano. b) diclorodifluormetano. c) 3. 1. bromo, 1-cloro-2,2,2 triflúor-etano. 4. O símbolo “CFC” quer dizer: Cloro-Fluor-Carbono. d) 8. Os cloretos de acila são mais reativos que os anidridos e muito mais reativos do que os ácidos correspondentes, por isso, são muito usados em reações de acilação, onde os ácidos falham ou dão rendimentos baixos. Freon–11 freon–114 5. a) 9. a) 2-butanol (d ou l) b) cetona b) 6. a) 1-bromo 3-cloro propano. b) 2-bromo-propano. c) cloro etano. d) 1,2-dicloro, 1,1,2,2-tetrafluor-etano. c) e) triclorometano. 7. a) d) b) c) 10. D EM_V_QUI_031 8. 2 C6H5Cl + C2HCl3O 2 112,5 9. E C14H9Cl5 + H2O 147,5g _____ 354,5g 295 . 103 _____ x x = 709kg de DDT Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br 9 10. São três os derivados diclorados. 11. Devido à sua alta volatilidade e toxicicidade. O tetracloreto de carbono reage com água, em altas temperaturas, formando o fosgênio, um dos temíveis gases das armas químicas. 10 EM_V_QUI_031 12. O clorofórmio é extremamente perigoso pois a diferença entre o limite da dose eficiente e a dose letal é muito pequena. Causa também danos irreversíveis ao fígado. Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br EM_V_QUI_031 Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br 11 EM_V_QUI_031 12 Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br