VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS QUÍMICA ORGÂNICA QUÍMICA ORGÂNICA: É a parte da química que estuda os compostos de carbono. O CARBONO: É tetravalente (faz 4 ligações covalentes), podendo fazer diferentes tipos de ligações e geometrias, podendo sofre diferentes tipos de hibridação (como vimos no módulo 2, no estudo das ligações químicas). Em resumo, teremos: C Tetraédrica C= Trigonal Planar – C =C= Linear Linear 4 ligações sigma 3 ligações sigma 1 ligação pi 2 ligações sigma 2 ligações pi 2 ligações sigma 2 ligações pi ângulos de 109°28’ ângulos de 120º ângulo de 180° ângulo de 180° hibridação sp3 hibridação sp2 hibridação sp hibridação sp Os tipos de Carbono: Carbono Primário: Ligado a 1 único carbono Carbono secundário: Ligado a 2 carbonos Carbono terciário: Ligado a 3 carbonos Carbono quaternário: Ligado a 4 carbonos 1 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS EXERCÍCIO: Observe a cadeia abaixo e responda: 1 2 3 01. Qual o número de ligações sigma e pi nessa molécula? Sigma () Pi () 02. Qual o número de carbonos com hibridação sp, sp2 e sp3 ? sp sp2 sp3 03. Existem quantos carbonos primários, secundários, terciários e quaternários? Primários Secundários Terciários Quaternários 04. Que orbital molecular é formado nas ligações indicadas pelos números 1, 2 e 3 na cadeia? 1 2 3 2 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS O CARBONO POSSUI CAPACIDADE DE FORMAR CADEIAS Podemos escrever as fórmulas das cadeias carbônicas de várias formas, vejamos: Principais tipos de fórmulas Fórmula estrutural plana: é a mais usada das fórmulas eletrônicas, os átomos são simbolizados por traços ou covalências. Exemplos. ou ou Fórmula simplificada de cadeia com muitos átomos: A representação (CH2)2 indica os grupos CH2 da parte interna da cadeia: Fórmula molecular: Simplificação máxima, as fórmulas anteriores em que os átomos de carbono e hidrogênio são somados. Ex. Fórmula geométricas: Indicam por meio de esferas, os átomos e por meio de pinos, os pares eletrônicos que unem esses átomos. Exemplos: 3 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS Observação: as cadeias fechadas formam um ciclo e podem ser descritas em forma de figuras geométrica onde cada vértice da figura possui um carbono. Os hidrogênios não precisam ser descritos nesse tipo de fórmula. Vejamos. CLASSIFICAÇÃO DAS CADEIAS CARBÔNICAS Quanto à natureza: Homogênea (sem heteroátomo) ou Heterogênea (com heteroátomo) Quanto à disposição dos C: Normal (apenas 2 ABERTA ou ACÍCLICA ou ALIFÁTICA extremidades) ou Ramificada (mais de 2 extremidades) Possui 2 ou mais extremidades Quanto à saturação: Saturada (apenas ligações simples) ou Insaturada (pelo menos 1 ligação dupla ou tripla) Quanto à natureza: Homogênea (homocíclica) ou Heterogênea (heterocíclica) Alicíclica ou Quanto à saturação: Saturada ou Insaturada FECHADA ou não-aromática Quanto ao número de ciclos: Monocíclica CÍCLICA (mononuclear) ou Policíclica (polinuclear) = Não possui condensada ou não-condensada) extremidades, forma um ciclo fechado Quanto ao número de ciclos: Monocíclica Aromática (mononuclear) ou Policíclica (polinuclear) =condensada ou não-condensada 4 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS EXEMPLOS: CADEIA ABERTA (OU ACÍCLICA), RAMIFICADA, INSATURADA E HETEROGÊNEA. CADEIA FECHADA (OU CÍCLICA), ALICÍCLICA (NÃO AROMÁTICA), INSATURADA, HETEROGÊNEA E MONOCÍCLICA. CADEIA FECHADA (OU CÍCLICA), ALICÍCLICA (NÃO AROMÁTICA), INSATURADA, HETEROGÊNEA E POLICÍCLICA. OBSERVAÇÃO: existem cadeias que possuem uma ou mais ramificações presas ao ciclo, o que caracterizará a cadeia como mista. O mesmo acontecendo para as cadeias benzênicas. EXEMPLOS: FUNÇÕES ORGÂNICAS Em razão do elevado número de compostos orgânicos, houve necessidade de agrupá-los em classes, segundo suas propriedades químicas comuns, a fim de facilitar o seu estudo. Esses agrupamentos recebem o nome de funções orgânicas. Na química orgânica existem muitas funções sendo as principais: função hidrogenada - hidrocarbonetos; funções oxigenadas - fenóis, álcoois, aldeidos, cetonas, ácidos carboxilicos, derivados de ácidos., éteres; funções nitrogenadas - aminas, amidas, nitrilas, isonitrilas, nitrocompostos; funções halogenadas – haletos orgânicos, haletos de ácidos; 5 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS OS HIDROCARBONETOS São compostos orgânicos constituídos unicamente de hidrogênio e carbono. De acordo com a estrutura da cadeia, os hidrocarbonetos classificam-se em: alcanos , alcenos , alcinos , alcadienos , ciclo alcanos , ciclo alcenos e aromáticos ALCANOS São hidrocarbonetos da cadeia aberta que apresentam simples ligações entre átomos de carbono. NOMENCLATURA IUPAC DOS ALCANOS A nomenclatura oficial dos alcanos, bem dos demais compostos orgânicos, foi estabelecida em diversos congressos mundiais de química pela União Internacional de Química Pura e Aplicada, com sede em Genebra, Suíça. Sendo assim, os alcanos recebem nomes a partir de um prefixo indicativo do número de carbonos; uma parte central, caracterizando o tipo de ligação entre os átomos de carbono; e o sufixo o do termo hidrocarboneto. Observe o quadro: Exemplos: 6 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS RAMIFICAÇÕES DOS HIDROCARBONETOS Ramificações, grupos orgânicos ou radicais são grupos de átomos derivados dos hidrocarbonetos pela substituição de um hidrogênio das suas moléculas. Vejamos as ramificações mais importantes. NOMENCLATURA DOS ALCANOS RAMIFICADOS A nomenclatura dos alcanos ramificados segue as regras da IUPAC. Regra 1 - Marcar a cadeia principal, a que apresentar o maior número de carbonos, colocando-a dentro de uma moldura. 7 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS Regra 2 - Numerar os carbonos da cadeia a partir da extremidade mais próxima de ramificações. Caso ocorra igualdade, numerar da extremidade mais próxima do radical. E se existirem dois radicais diferentes em posições supostamente iguais, o radial que deve receber o menor número é aquele que for primeiro na ordem alfabética. A numeração resultou dessa forma por causa do radical etil que tem preferência sobre o radical metil. Regra 3 - Dar nome à estrutura iniciando pela ramificação, e indicando por número a posição dessa ramificação na cadeia principal. Número e nome da ramificação antecedem o nome do alcano dentro da moldura 2 - metil - pentano (número e nomes devem ser unidos por hífen) 8 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS Regra 4 - Quando o alcano apresentar mais de uma ramificação essas ramificações deverão ser indicadas pelos prefixos latinos di, tri, tetra, etc. 9 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS Observações: No caso de dúvida quanto ao nome correto de um composto, aplique a regra do menor número, ou seja: a soma dos menores números de qualquer composto indicará o nome correto desse composto. ALCENOS São hidrocarbonetos que apresentam uma dupla ligação entre dois átomos de carbono. Nomenclatura A nomenclatura é feita a partir dos prefixos de números de carbono (met, et, prop,, but,, etc.), antecedendo o infixo en e finalizando com a letra o. Quando o alceno apresentar mais de três carbonos, a dupla deverá ser numerada. A nomenclatura IUPAC recomenda representar o número na frente do nome do alceno, procurando-se usar os menores números, numerando-se sempre a partir da extremidade da cadeia mais próxima da dupla ligação. 10 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS Nos alcenos ramificados, prevalece a dupla sobre qualquer tipo de ramificação. A extremidade mais próxima da dupla será o carbono 1. ALCADIENOS Esses hidrocarbonetos apresentam duas ligações entre átomos de carbono. A nomenclatura assemelha-se aos alcenos usando-se os prefixos de números de carbono, o infixo adien e a terminação o. 11 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS ALCINOS São hidrocarbonetos que possuem uma tripla ligação entre átomos de carbono. A nomenclatura é feita usando-se o infixo in. A tripla ligação, como nas normas anteriores receberá o menor número, sendo mais importante que qualquer tipo de ramificação. CICLANOS Ciclanos são hidrocarbonetos de cadeia fechada que apresentam carbonos ligados por simples ligações. A Nomenclatura A nomenclatura é feita iniciando-se o nome desses hidrocarbonetos pelo termo ciclo. Para efeito de rapidez da escrita da fórmula estrutural, os ciclanos podem ser representados por figuras geométricas em que cada vértice simboliza um átomo de carbono. 12 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS CICLENOS São hidrocarbonetos que apresentam uma dupla ligação entre átomos de carbono da cadeia ciclica. A nomenclatura é semelhante aos ciclanos, substituindo-se a terminação ano por HIDROCARBONETOS AROMATICOS São hidrocarbonetos de cadeia fechada que apresentam anel benzênico. O hidrocarboneto aromático mais simples dessa subfunção é o benzêno (C6H6) A nomenclatura oficial é feita antepondo-se o nome da ramificação à palavra benzeno. entanto, muitos hidrocarbonetos aromáticos possuem nomes usuais. No 13 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS Exemplos: Quando apresentar duas ramificações podemos usar a nomenclatura dos prefixos orto, meta e para as seguintes posições numéricas: PROPRIEDADES DOS HIDROCARBONETOS A principal fonte de hidrocarbonetos é o petróleo. Mas antes de entender como os hidrocarbonetos são extraídos do petróleo vamos entender um pouco sobre as propriedades dos hidrocarbonetos. Vale ressaltar também que ainda iremos estudar as propriedades gerais dos compostos orgânicos, dentro da qual estão inseridos os hidrocarbonetos. Quando chegarmos lá, você já terá uma base melhor de como estudar as propriedades gerais dos compostos orgânicos. Os hidrocarbonetos são compostos considerados apolares e suas moléculas sofrem interações fracas do tipo forças de Van der Waals (ou dipolo induzido). Isso faz com que os hidrocarbonetos possuam baixos pontos de fusão e ebulição, em comparação com outros compostos orgânicos polares. Se compararmos os pontos de fusão ou ebulição dos próprios hidrocarbonetos, notaremos que com o aumento da massa molar ocorre um aumento do ponto de fusão ou ebulição. Se os hidrocarbonetos possuírem a mesma massa molar (isômeros) terá maior ponto de fusão aquele que for menos 14 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS ramificado, pois aumentará a possibilidade de ocorrerem as interações intermoleculares entre os carbonos da cadeia. Veja a tabela abaixo comparando os pontos de ebulição de alguns alcanos. ALCANO Metano Etano Propano Butano P.E. (°C) -161,5 -88,6 -44,5 -0,5 ALCANO Metilpropano Pentano Metilbutano Dimetilpropano P.E. (°C) -10,5 36,0 27,9 9,5 Por serem compostos apolares, os hidrocarbonetos são insolúveis em água e solúveis em solventes apolares. Os hidrocarbonetos também são menos densos que a água. Em geral, nas condições ambientes (25°C e 1atm), os alcanos que possuem de 1 a 4 carbonos na cadeia são gasosos. Se possuírem 5 a 17 carbonos na cadeia, são líquidos. Acima de 17 átomos de carbono na cadeia, são sólidos. Em relação à reatividade química, teremos: Alcanos (ou parafinas) são muito pouco reativos por possuírem apenas ligações sigmas (mais fortes). Reagem preferencialmente por substituição de hidrogênios. Regra de substituição: Em hidrocarbonetos complexos a ordem de facilidade com que o Hidrogênio “sai “ do carbono é: 1º Carbono terciário 2º Carbono secundário 3º Carbono primário Alcenos, alcinos e alcadienos são mais reativos que os alcanos devido à presença da ligação pi (mais fraca) em suas estruturas. Reagem normalmente através de adição com ruptura de ligação pi. Exemplos: HIDROGENAÇÃO 15 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS Observação: Em alcenos maiores o hidrogênio sempre irá se adicionar ao carbono mais hidrogenado (regra de markowinikoff) HIDRATAÇÃO A redução de alcinos é efetuada com hidrogênio molecular ( H2 ) e sob catálise heterogênea. O catalisador mais frequentemente usado em processos industriais é o níquel metálico ou óxido de níquel. Quando há a adição de uma molécula de hidrogênio em um alcino, houve uma hidrogenação parcial, enquanto ao se adicionar duas moléculas de hidrogênio há uma hidrogenação total. HIDROGENAÇÃO DE ALCINOS HALOGENAÇÃO DE ALCINOS É uma reação similar a hidrogenação, podendo ser parcial ou total. Na halogenação parcial ocorre preferencialmente a formação do dihaleto trans, que é mais estável que o cis. No caso da adição do iodo, não ocorre a segunda etapa, apenas uma adição parcial. Ciclanos que possuem 3 e 4 carbonos são muito reativos e reagem através de adição com ruptura do ciclo. Ciclanos que possuem 5 e 6 carbonos são estáveis e reagem com dificuldade através de substituição. 16 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS Observação: em 1885, o químico Adolf Von Bayer sugeriu que a estabilidade dos ciclanos era decorrente da existência de tensão nas ligações. Existiria uma maior estabilidade quando os ângulos fossem mais próximos de 109°28’. Vejamos: Ciclopropano Ciclobutano Ciclopentano Observa-se que o ciclopentano é mais instável, possui maior tensão nas ligações, portanto, é mais reativo (adição mais fácil). Enquanto isso, o ciclopentano possui menor tensão nas ligações, sendo mais estável e pouco reativo (adição mais difícil). OBSERVE OS EXEMPLOS: HIDROGENAÇÃO A hidrogenação do ciclopropano forma o propano, constatando-se a abertura do anel. O ciclobutano reage da mesma maneira, mas com condições mais enérgicas para a abertura do anel. O cicopentano e os cicloalcanos superiores não são rompidos nessas condições. HALOGENAÇÃO O ciclipropano reage com halogênios formando di-haletos conjugados abertos. O ciclobutano e os anéias maiores se comportam como alcanos, sendo alvo de reações de substituição. 17 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS REAÇÃO COM ÁCIDOS HALOGENÍDRICOS (HX) Analogamente a que acontece nas reações anteriores, o ciclipropano reage com ácidos halogenídricos, proporcionando abertura do anel. O ciclobutano, o ciclopentano e os cicloalcanos superiores não reagem com ácidos HX. E como explicar a estabilidade do ciclohexano, que possuiria ângulos de 120° ? 120° A explicação vem do fato de que os carbonos, nesse ciclo, não estão todos no mesmo plano e apresentam duas conformações: Essa mesma explicação foi usada por Kekuçé para explicar a estabilidade do anel benzênico (aromático). Observação: a ressonância que ocorre nas ligações pi alternadas do anel aromático (moléculas que diferem entre si apenas pela posição dos elétrons pi) aumentam ainda mais a estabilidade do benzeno. 18 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS A SUBSTITUIÇÃO EM AROMÁTICOS Pode ser por Halogenação, nitração, sulfonação, alquilação e acilação. (halogenação) (nitração) (sulfonação) (alquilação) 19 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS (acilação) OBSERVAÇÃO: Os grupos já existentes no anel aromático podem direcionar uma nova substituição para a posição meta ou para a posição orto e para, sendo então classificados em meta-dirigentes ou orto-para-dirigentes. Principais orto-para dirigentes NH2 OH R (alquil) X (Cl, Br, I) Principais meta dirigentes NO2 SO3H COOH CONH2 CHO C N EXEMPLO: ⇒ O NO2 é meta dirigente nessa reação. ANOTAÇÕES 20 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS O PETRÓLEO: fonte de hidrocarbonetos O petróleo é composto de hidrocarbonetos em seus três estados. Contém também pequenas quantidades de compostos de enxofre, oxigênio, nitrogênio. Na Antiguidade, era usado para fins medicinais ou para lubrificação e era conhecido com os nomes de óleo de pedra, óleo mineral e óleo de nafta. Atribuíam-se ao petróleo propriedades laxantes, cicatrizantes e anti-sépticas. Era considerado eficaz também no tratamento da surdez e na cura de tosse, bronquite, congestão pulmonar, gota, reumatismo e mau-olhado. Na Bíblia, o petróleo é usado para calafetar a Arca de Noé. O betume, uma forma pastosa de petróleo encontrada a céu aberto, teria sido o cimento aplicado na construção da Torre de Babel. Hoje se extraem do petróleo centenas de produtos químicos e farmacêuticos. O petróleo ainda é a principal fonte de energia no mundo. Sua extração conheceu uma progressão ininterrupta, ou quase, durante mais de um século. Iniciada em 1859 na Pensilvânia, a produção ainda era modesta em 1900; as vésperas da II guerra mundial (1920) era relativamente pequena, mas teve um grande crescimento logo seguida a ela principalmente entre 1960 e 1973, 47% do consumo energético mundial. No Brasil, o primeiro poço produtor foi aberto em 1939, em Lobato, próximo de Salvador. A prospecção e a produção foram intensificadas após as crises dos anos 70, com uma produção que, desde 1985, tem oscilado ao redor de 50% das necessidades nacionais de consumo. Origem Diversas teorias tentam explicar a origem do petróleo. Atualmente, a mais aceita entre os geólogos é a de que seja oriundo de substâncias de natureza orgânica. Os restos de matéria orgânica, bactérias, produtos nitrogenados e sulfurados no petróleo indicam que ele é o resultado de uma transformação da matéria orgânica acumulada no fundo dos oceanos e mares durante milhões de anos, sob pressão das camadas de sedimentos que foram se depositando e formando rochas sedimentares. O conjunto dos produtos provenientes desta degradação, hidrocarbonetos e compostos voláteis, misturados aos sedimentos e aos resíduos orgânicos, está contido na rocha-mãe; a partir daí o petróleo é expulso sob efeito da compactação provocada pela sedimentação, migrando para impregnar areias ou rochas mais porosas e mais permeáveis,tais como arenitos ou calcários. Uma camada impermeável, quando constitui uma “armadilha”, permite a acumulação dos hidrocarbonetos, impedindoos de escapar. Observe o diagrama abaixo: plâncton e outros minúsculos seres vivos são soterrados por convulsão da natureza resultam numa mistura orgânica chamada de "sapropel” sofrem decomposição sob a ação do tempo, bactérias, calor e pressão. PETRÓLEO Com base na teoria orgânica da origem do petróleo, o mesmo deverá ser encontrado com maior probabilidade nas áreas em que, no decorrer de diferentes eras geológicas, houve deposição de rochas sedimentares e acumulação de restos orgânicos.Fica então praticamente excluída a possibilidade da presença de petróleo nas rochas ígneas e metamórficas, porém, a confirmação só é possível com a perfuração. 21 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS Jazidas O petróleo é encontrado na natureza não como uma espécie de rio subterrâneo ou camada líquida entre rochas sólidas. Ele ocorre sempre impregnando rochas sedimentares, como os arenitos. Como essas rochas são permeáveis, o óleo "migra" através delas pelo interior da crosta terrestre. Se for detido por rochas impermeáveis, acumula-se, formando então as jazidas. Das jazidas conhecidas, as mais importantes estão no Oriente Médio, Rússia e repúblicas do Cáucaso, Estados Unidos, América Central e na região setentrional da América do Sul. Extração Antigamente, em certas regiões dos EUA, a presença de água era muito rara e na sua busca foi perfurado o primeiro poço de petróleo (1859). Mas foi apenas na segunda metade do século XIX que o petróleo começou a ser aproveitado industrialmente em Tittusville pelo Coronel Edwin L. Drake. O poço tinha a profundidade de 21 metros e foi perfurado por uma broca que perfurava pelo sistema de bate-estaca. Sua produção era de 19 barris (3 metros cúbicos/dia). Uma das primeiras utilizações do petróleo foi como combustível, principalmente na iluminação, substituindo o óleo de baleia. Como era muito inflamável o petróleo passou a ser refinado em alambiques, obtendo-se assim, o querosene. Com a invenção dos motores de explosão e a diesel (1887), as frações do petróleo que eram desprezadas, passaram a ter novas aplicações. Hoje, a exploração do petróleo se processa em bases científicas. A Geologia utiliza-se de ciências auxiliares, como: estudo das rochas no tempo e no espaço de sua origem; estudo dos microorganismos fósseis; estudo minucioso das rochas e mapeamento aéreo fotográfico, além dos métodos geofísicos e geoquímicos. Mais atualmente, estes estudos são facilitados pelo emprego da computação eletrônica. O sistema de extração do petróleo varia de acordo com a quantidade de gás acumulado na jazida. Se a quantidade de gás for grande o suficiente, sua pressão pode expulsar por si mesma o óleo, bastando uma tubulação que comunique o poço com o exterior. Se a pressão for fraca ou nula, será preciso ajuda de bombas de extração. O primeiro método de perfuração consistia em escavar a terra.Para alcançar maiores profundidades, o método mais rápido de perfuração é o rotativo. Em geral um poço é perfurado verticalmente. Pelo método rotativo, a coluna de perfuração, tendo na ponta uma broca, vai penetrando no solo. Em determinados intervalos retiram-se amostras que vão sendo analisadas no decorrer da operação. Algumas vezes a perfuração é feita de maneira direcional para debelar um incêndio ou controle de jorro de petróleo. A 4000 metros de profundidade, em camadas de rochas sedimentares, o poço sofre uma pressão de mais de 400 2 atmosferas (400 kg por cm ).Para equilibrar a pressão interna com a externa é injetada no poço uma mistura especial de lama - argila e água - que vai sendo despejada à medida que a sonda se aprofunda. A imagem de um poço jorrando explosivamente já é retrato do passado. Para os trabalhos de perfuração exploratória no mar, são empregadas unidades perfuradoras que podem ser do tipo submersíveis, autoeleváveis (ambas com apoio no fundo do mar), semissubmersíveis e flutuantes. Para perfurar um poço, é preciso uma torre que sustente um motor. Este deve fazer girar tubos concêntricos com uma broca na extremidade. O tubo central leva água até a parte mais profunda do poço para arrastar a terra erodida pela broca. O lodo formado sobe para a superfície pelo tubo exterior. O refino 22 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS O petróleo bruto, tal como sai do poço, não tem aplicação direta. Para utilizá-lo, é preciso fracioná-lo em seus diversos componentes, processo que é chamado de refino ou destilação fracionada. Para isso, aproveitam-se os diferentes pontos de ebulição das substâncias que compõem o óleo, separando-as para que sejam convertidas em produtos finais. Subprodutos mais importantes O gás, uma das frações mais importantes obtidas na destilação, é composto das substâncias com ponto de ebulição entre –165° C e 30° C, como o metano, o etano, o propano e o butano. O éter de petróleo tem ponto de ebulição entre 30° C e 90° C e é formado por cadeias de cinco a sete carbonos. A gasolina, um dos subprodutos mais conhecidos, tem ponto de ebulição entre 30° C e 200° C, é formada de uma mistura de hidrocarbonetos que possuem de cinco a 12 átomos de carbono. Para obter querosene, o ponto de ebulição fica entre 175° C e 275° C. Óleos mais pesados, com cadeias carbonadas de 15 a 18 carbonos, apresentam uma temperatura de ebulição entre 175° C e 400° C. As ceras, sólidas na temperatura ambiente, entram em ebulição em torno de 350° C. No final do processo, resta o alcatrão, o resíduo sólido. O processo de refino e as aplicações O processo começa pela dessalinização do petróleo bruto (1) em que são eliminados os sais minerais. Depois, o óleo é aquecido a 320° C em fornos de fogo direto (2) e passa para as unidades de fracionamento, onde podem ocorrer até três etapas diferentes. A etapa principal é realizada na coluna atmosférica (3): o petróleo aquecido é introduzido na parte inferior da coluna junto com vapor de água para facilitar a destilação. Desta coluna surgem as frações (4) ou extrações laterais, que ainda terão de ser transformadas (5) para obter os produtos finais desejados. A maioria dos produtos é a seguir objetos de tratamentos suplementares para melhorar sua qualidade: reforma catalítica, hidrodessulfuração. É obtida finalmente toda uma série de produto dos que respondem as necessidades dos consumidores: carburantes, gasolinas especiais, combustíveis e produtos diversos. Cerca de 90% do petróleo é utilizado com fins energéticos, seja nas centrais termoelétricas, seja como combustível para os meios de transporte ou fornos industriais. Dos 10% restantes são extraídos os produtos que abastecerão as indústrias – 60% das matérias-primas utilizadas na indústria mundial vêm do petróleo. Veja os diagramas a seguir: 23 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS As frações do Petróleo “Fração” gás natural ...................................................... gás engarrafado (GLP) ................................... solventes ......................................................... gasolina ........................................................... querosene ....................................................... óleo diesel ....................................................... óleo combustível ............................................. óleo lubrificante ............................................... parafina ........................................................... asfalto ........................................ resíduo final. "composição em hidrocarbonetos" metano e etano. propano e butano (gás de cozinha). C5H12 a C7H16 .C6H14 a C10H22. (*) C10H22 a C15H32 .(*) C15H32 ..... (a cadeia vai aumentando de tamanho e vai crescendo a massa molecular. Passando da fase gasosa para a sólida.) (*) varia de acordo com a refinaria. Craqueamento ou pirólise (cracking): Como a produção de petróleo não crescia no mesmo ritmo do mercado consumidor, foram realizados estudos no sentido de melhor aproveitamento dos resíduos, levando a indústria ao craqueamento térmico. Moléculas de C14 a C16 são aquecidas na presença de catalisadores (alumina Al2O3) e sofrem decomposição térmica, produzindo mais gasolina (faixa de C6H14 a C10H22 ). C15H32 querosene (catalisador e aquecimento) " alcanos " C6H14 C7H16 C8H18 C9H20 C10H22 C11H24 C12H26 C13H28 " alcenos " C9H18 C8H16 C7H14 C6H12 C5H10 C4H8 C3H6 C2H4 ( gás do craqueamento ) A produção da gasolina aumentou, apresentando ainda melhor qualidade. Alquilação : Moléculas pequenas de alcanos e alcenos (resultantes do craqueamento) se juntam, originando moléculas maiores, produzindo mais gasolina (processo inverso do craqueamento). C4H10 + C4H8 → C8H18 C3H8 + C3H6 → C6H14 A GASOLINA A gasolina é uma mistura de hidrocarbonetos, C6H14 a C10H22, , obtida a partir da destilação do petróleo, ou de craqueamento ou de alquilação, conforme já explicado. A qualidade da gasolina em motores de explosão pode ser medida através do índice de octanagem. Antes de entender o conceito do índice de octanagem, tente entender o funcionamento dos motores de combustão interna de 4 tempos. Motores de Combustão Interna 24 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS A força necessária para movimentar um automóvel pode ser produzida de várias maneiras. Os carros, que no passado já foram acionados por vapor ou eletricidade, estão sendo movimentados na sua grande maioria por motores conhecidos como motores de combustão interna, que convertem energia térmica em mecânica, e que produzem calor com a queima da mistura ar/ combustível. A maioria dos motores de combustão interna utiliza o princípio do pistão dotado de um movimento que produz "Trabalho" através de uma biela no interior do cilindro, seguindo um ciclo de quatro tempos, pois neste ciclo se observam quatro tempos distintos : o 1 tempo: admissão: O pistão desce introduzindo a mistura ar-combustível para dentro do cilindro, através da válvula de admissão nos motores de ciclo otto, entretanto, no ciclo diesel apenas o ar é introduzido. o 2 tempo: compressão: O pistão sobe, com as válvulas de admissão e descarga fechadas, comprimindo a mistura. o 3 tempo: expansão: Em motores movidos à gasolina/ álcool, pouco antes de o pistão chegar na parte superior do cilindro (ainda na fase de compressão), o sistema de ignição produz a centelha (faísca) entre os eletrodos da vela, que inflama a mistura (ocorre uma explosão) e, os gases resultantes da combustão forçam o pistão para baixo. No caso de motores a diesel, não há a ignição por vela - apenas o ar é comprimido ate o ponto morto superior morto superior onde aí se dará a injeção de combustível (normalmente óleo diesel) ocorrendo em seguida à explosão, conforme mostrado na figura abaixo: o 4 tempo: descarga: Depois da combustão, a válvula de descarga se abre e o pistão sobe forçando os gases queimados para fora do cilindro. Agora sim, podemos entender melhor o índice de octanagem e a medida da qualidade da gasolina. Índice de octanagem: – gasolina de baixa octanagem (não resiste à compressão) sofre combustão prematura, pela simples compressão. – gasolina de alta octanagem (resiste à compressão) sofre combustão diante de uma faísca produzida pela vela do motor. Teste de Laboratório Gasolina constituída apenas de " n-heptano " → índice de octanagem = zero. Gasolina constituída apenas de " isoctano " → índice de octanagem = 100 . OBS.: Quando uma gasolina é referida como sendo de 70 octanos, significa que ela oferece uma resistência à compressão equivalente a uma mistura de: 30% de n.heptano + 70% de isoctano (testada em laboratório) A qualidade da gasolina é melhorada pela adição de substâncias denominadas "antidetonantes". Os tipos de Gasolina: Quem abastece o carro hoje em dia pode escolher entre três tipos de gasolina: comum, aditivada ou premium. Além do preço, elas se diferenciam pela resistência à detonação (octanagem) e pela quantidade de aditivos. Na maioria dos carros nacionais, a gasolina comum pode ser usada normalmente, embora seja preferível optar pela25 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS aditivada, que evita a carbonização de partes internas do motor. Limpo e lubrificado pelos aditivos, o motor é capaz de aspirar melhor a mistura ar-combustível e queimá-la com mais eficiência, o que se traduz em melhores números de desempenho e economia. Nos carros equipados com injeção eletrônica, o uso da gasolina aditivada é mais recomendável, já que os componentes desse sistema precisam funcionar com o motor livre de impurezas. Os bicos injetores, por exemplo, devem estar sempre desobstruídos. Com a camada carbonizada no cabeçote, os sensores que detectam "batidas de pino" na câmara de combustão tendem a acusar o problema constantemente, prejudicando o desempenho. Já no caso dos modelos alimentados por carburador, de menor precisão, os efeitos causados pela gasolina comum são menos sensíveis. Para quem sempre usou gasolina comum no tanque e está pensando em mudar para a aditivada, uma advertência: a carbonização impregnada no cabeçote e nas sedes das válvulas tende a desprender-se pela ação dos aditivos dispersantes e detergentes, o que pode entupir os dutos de admissão e prejudicar a queima da mistura ar-combustível na câmara de combustão. Assim, surgem falhas durante a aceleração, marcha lenta irregular e perda de rendimento em geral. Portanto, o recomendável é utilizar o combustível aditivado desde o início ou após uma retífica, para manter o motor sempre livre de impurezas. Já a gasolina premium deve ser usada nos esportivos de alto desempenho e nos modelos importados dos Estados Unidos sem as adaptações necessárias às condições brasileiras. Como a resistência à detonação (octanagem) da gasolina americana é compatível com a premium daqui (98 octanas RON), usar a comum ou a aditivada causa perda de rendimento, já que o sensor de detonação atrasa o disparo da centelha das velas, o que faz cair a rotação do motor. Ainda no caso dos carros importados sem adaptações, os 24% de álcool anidro da gasolina brasileira (de qualquer tipo) atacam as partes do motor em contato com o combustível, causando corrosão. O tetraetil-chumbo foi substituído por ser nocivo ao meio ambiente (emitia vapores de chumbo na atmosfera e o chumbo é altamente tóxico). Essas excelentes informações que só enriquecem nosso conhecimento foram retiradas de importantes sites da Internet, os quais contribuíram com a qualidade de suas informações. Aconselho aos estudantes a acessarem esses sites, como consulta bibliográfica de enriquecimento: www.klickeducação.com.br www.buladequimica.com.br http://carsale.uol.com.br www.castrol.com.br www.portaldocarro.com.br EXERCÍCIOS - HIDROCARBONETOS 01. Em grandes depósitos de lixo, vários gases são queimados continuamente. A molécula do principal gás que sofre essa queima é formada por um átomo de carbono e átomos de hidrogênio. A Massa molecular desse gás, em unidades de massa atômica, é igual a (A) 10 (B) 12 (C) 14 (D) 16 (E) 20 02. O gás liquefeito de petróleo, GLP, é uma mistura de propano, C3H8, e butano,C4H10. Logo, esse gás é uma mistura de hidrocarbonetos da classe dos (A) alcanos. (B) alcenos. (C) alcinos. (D) cicloalcanos. (E) cicloalcenos. 26 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS 03. A respeito do metano, são feitas as seguintes afirmações: I) o metano é o primeiro membro da série dos alcanos e apresenta-se como um gás incolor e inodoro. II) o metano pode formar-se pela fermentação de material orgânico em depósitos de lixo e em esgotos sanitários, podendo também ser encontrado no gás natural (de 70 a 90%). III) uma das aplicações do metano, e que se tem difundido em nosso país, é como combustível para veículos automotivos, devido ao seu baixo custo. IV) o metano é um composto orgânico de fórmula molecular C2H2. Assinale a alternativa CORRETA. (A) Somente as afirmativas II e III são verdadeiras. (B) Somente as afirmativas II, III e IV são verdadeiras. (C) Somente a afirmativa I é verdadeira. (D) Somente a afirmativa a II é verdadeira. (E) Somente as afirmativas I, II e III são verdadeiras. 04. Embrulhar frutas verdes em papel jornal favorece o seu processo de amadurecimento devido ao acúmulo de um composto gasoso produzido pelas frutas. Assinale a opção que indica o composto responsável por esse fenômeno. (A) Eteno. (B) Metano. (C) Dióxido de carbono. (D) Monóxido de carbono. (E) Amônia. 05. Considere as afirmações seguintes sobre hidrocarbonetos. I. Hidrocarbonetos são compostos orgânicos constituídos somente de carbono e hidrogênio. II. São chamados de alcenos somente os hidrocarbonetos insaturados de cadeia linear. III. Cicloalcanos são hidrocarbonetos alifáticos saturados de fórmula geral CnH2n. IV. São hidrocarbonetos aromáticos: bromobenzeno, p-nitrotolueno e naftaleno. São corretas as afirmações: (A) I e III, apenas. (B) I, III e IV, apenas. (C) II e III, apenas. (D) III e IV, apenas. (E) I, II e IV, apenas. 06. Indique a afirmação INCORRETA referente à substância química acetileno. (A) O acetileno é um gás utilizado nos maçaricos de solda. (B) A fórmula molecular do acetileno é C2H4. (C) O nome oficial do acetileno é etino. (D) Na combustão total do acetileno, foram-se CO2 e H2O. (E) Entre os átomos de carbono do acetileno há uma tripla ligação. 07. Quantos carbonos existem no ciclano de menor massa molecular? (A) 3 (B) 4 (C) 5 (D) 6 (E) 7 27 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS 08. Muitas pessoas confundem a benzina com o benzeno, que são dois solventes orgânicos diferentes com nomes parecidos. A benzina, também chamada de éter de petróleo, é um líquido obtido na destilação fracionada do petróleo, de baixa massa molar, constituído por hidrocarbonetos, geralmente alifáticos, como pentano e heptano. O benzeno é um hidrocarboneto aromático, constituído por um anel benzênico. Sobre esses solventes, são feitas as seguintes afirmações: I. a molécula do benzeno apresenta três ligações duplas entre átomos de carbono; II. a energia de ligação entre os átomos de carbono no benzeno é maior que a da benzina; III. os átomos de carbono na benzina apresentam geometria tetraédrica; IV. os ângulos de ligação entre os átomos de carbono no benzeno são de 60o. As afirmativas corretas são aquelas contidas em (A) I, II, III e IV. (B) I, II e III, apenas. (C) I, II e IV, apenas. (D) II e III, apenas. (E) III e IV, apenas. 09. Substâncias tóxicas presentes no lixo podem permanecer por muito tempo no solo. Uma análise do solo de um conjunto habitacional de São Paulo, feita recentemente, constatou a presença de mais de 40 substâncias tóxicas contaminantes. Dentre tais substâncias destacam-se o trimetilbenzeno, o clorobenzeno, o decano e uma substância de fórmula molecular C6H6 que já foi utilizada na produção de álcool anidro nas destilarias de álcool e seu uso já está proibido há algum tempo. Sobre tal substância, é incorreto afirmar que (A) possui uma estrutura cíclica com ligações duplas. (B) é um composto saturado. (C) possui elétrons pi em ligações duplas alternadas que giram ao redor do núcleo. (D) reage com uma mistura de ácido nítrico e ácido sulfúrico em uma reação de nitração. (E) é insolúvel em água. 10. O gás liquefeito de petróleo, GLP, é uma mistura de propano, C3H8, e butano,C4H10. Logo, esse gás é uma mistura de hidrocarbonetos da classe dos (A) alcanos. (B) alcenos. (C) alcinos. (D) cicloalcanos. (E) cicloalcenos. 11. A análise de um hidrocarboneto saturado de cadeia aberta constatou que 9,03 x 1021 moléculas dessa substância pesam 1,71 gramas. A fórmula molecular desse hidrocarboneto é (A) C6H14 (B) C8H18 (C) C7H14 (D) C8H16 (E) C9H6 12. A composição de um determinado desodorante aerosol traz como propelente os gases butano, isobutano e propano. Qual das precauções abaixo, transcritas da embalagem do desodorante, não se refere ao sistema propelente, mas aos outros constituintes do desodorante? (A) inflamável. Não pulverizar perto do fogo; (B) não perfurar, nem incinerar; (C) não expor ao sol nem a temperaturas superiores a 50 °C; (D) não contém CFC. Inofensivo para a camada de ozônio; 28 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS (E) não usar se a pele estiver irritada ou lesionada. 13. A respeito do metano, são feitas as seguintes afirmações: I) o metano é o primeiro membro da série dos alcanos e apresenta-se como um gás incolor e inodoro. II) o metano pode formar-se pela fermentação de material orgânico em depósitos de lixo e em esgotos sanitários, podendo também ser encontrado no gás natural (de 70 a 90%). III) Uma das aplicações do metano, e que se tem difundido em nosso país, é como combustível para veículos automotivos, devido ao seu baixo custo. IV) o metano é um composto orgânico de fórmula molecular C2H2. Assinale a alternativa CORRETA. (A) Somente II e III (B) Somente II, III e IV (C) Somente a I (D) Somente a II (E) Somente I, II e III 14. A escassez de recursos energéticos é uma problemática de importância no mundo contemporâneo. A população mundial cresce a cada ano, aumentando a demanda por energia. Alternativas para a obtenção de energia têm sido sugeridas, tais como a queima de gás metano proveniente de aterros sanitários. Considere as seguintes afirmações: I. o gás metano pode ser utilizado nas usinas termelétricas em substituição ao óleo diesel, sendo ecologicamente vantajoso, pelo fato de o metano ser um dos gases responsáveis pelo aquecimento global; II. a combustão do gás metano não libera gases causadores do aquecimento global, como acontece na combustão do óleo diesel; III. o uso do gás metano, proveniente da decomposição do lixo, apresenta a vantagem de não envolver a destilação fracionada de combustíveis fósseis. Está correto o contido em (A) I, apenas. (B) III, apenas. (C) I e II, apenas. (D) I e III, apenas. (E) I, II e III. 15. A união do radical isobutil com o radical isopropil forma um composto orgânico, cuja nomenclatura IUPAC encontra-se na alternativa (A) 3 - metil hexano (B) 2,2 - dimetil pentano (C) 2,2,3 - trimetil butano (D) 2 - etil hexano (E) 2,4 - dimetil pentano 16. Quantos átomos de carbono tem um alcano com 42 átomos de hidrogênio? (A) 5 (B) 10 (C) 20 (D) 30 (E) 40 17. O gás adquirido em botijões no comércio, usualmente consumido como combustível em fogões, é 29 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS (A) sintético e, portanto, sempre produzido em laboratório. (B) mistura de hidrocarbonetos derivados do petróleo. (C) obtido pela combustão da madeira. (D) uma única substância. (E) mistura de compostos inorgânicos. 18. Embrulhar frutas verdes em papel jornal favorece o seu processo de amadurecimento devido ao acúmulo de um composto gasoso produzido pelas frutas. Assinale a opção que indica o composto responsável por esse fenômeno. (A) Eteno. (B) Metano. (C) Dióxido de carbono. (D) Monóxido de carbono. (E) Amônia. 19. Considere as afirmações seguintes sobre hidrocarbonetos. I. Hidrocarbonetos são compostos orgânicos constituídos somente de carbono e hidrogênio. II. São chamados de alcenos somente os hidrocarbonetos insaturados de cadeia linear. III. Cicloalcanos são hidrocarbonetos alifáticos saturados de fórmula geral CnH2n. IV. São hidrocarbonetos aromáticos: bromobenzeno, p-nitrotolueno e naftaleno. São corretas as afirmações: (A) I e III, apenas. (B) I, III e IV, apenas. (C) II e III, apenas. (D) III e IV, apenas. (E) I, II e IV, apenas. 20. A substância de fórmula C8H16 representa um (A) alcano de cadeia aberta. (B) alceno de cadeia aberta. . (C) alcino de cadeia aberta. (D) composto aromático. (E) alcino de cadeia fechada. 21. Qual é a série dos hidrocarbonetos que têm fórmula mínima CH2? (A) alcanos (B) alcinos (C) alcadienos (D) ciclanos (E) ciclenos 22. Na reação de carbeto de cálcio com água, formam-se hidróxido de cálcio e gás acetileno, que tem fórmula molecular C2H2. A respeito do acetileno, é INCORRETO afirmar que (A) é o alcino de menor número de carbonos. (B) a combustão total de 2 mol desse gás com 5 mol de gás oxigênio produz 4 mol de dióxido de carbono e 2 mol de água. (C) seu nome oficial é etino. (D) libera, ao queimar, grande quantidade de calor, e por isso é usado em maçaricos nas oficinas mecânicas. (E) tem massa molar igual a 28 g/mol. 30 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS 23. Indique a afirmação INCORRETA referente à substância química acetileno. (A) O acetileno é um gás utilizado nos maçaricos de solda. (B) A fórmula molecular do acetileno é C2H4. (C) O nome oficial do acetileno é etino. (D) Na combustão total do acetileno, foram-se CO2 e H2O. (E ) Entre os átomos de carbono do acetileno há uma tripla ligação. 24. A queima do eucalipto para produzir carvão pode liberar substâncias irritantes e cancerígenas, tais como benzoantracenos, benzofluorantenos e dibenzoantracenos, que apresentam em suas estruturas anéis de benzeno condensados. O antraceno apresenta três anéis e tem fórmula molecular (A) C18H8. (B) C14H10. (C) C18H12. (D) C18H12. (E) C18H14. 25. As frases seguintes estão relacionadas com a descrição do acetileno. I. É um gás em condições ambientais, que apresenta baixa solubilidade em água. II. A relação entre os números de átomos de carbono e hidrogênio na sua molécula é de 1 : 1. III. As forças intermoleculares, no estado líquido, são do tipo van der Waals. IV. Reações de adição (por exemplo de H2 e HX) são típicas e fáceis de ocorrer nesse composto. Duas dessas descrições se aplicam ao hidrocarboneto aromático mononuclear mais simples. Elas são (A) I e II. (B) I e III. (C) I e IV. (D) II e III. (E) II e IV. 26. (PUC) Reagindo 2- penteno com HBr obteremos: a) somente 2-bromopentano. b) somente 3-bromopentano. c) uma mistura de 2-bromopentano e 3-bromopentano. d) pentano não reage com HBr. e) 2,3-dibromopentano. 27. (UnB) Segundo a regra de Markovnikov, a adição de ácido clorídrico gasoso (anidro) à 2metilbuteno-2, forma principalmente o produto: 31 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS 28. (MED – ITAJUBÁ) A adição de brometo de hidrogênio ao 3,4-dimetil-2-penteno forma: a) 2-bromo-4-metilhexano b) 2-bromo-3-etilpentano c) 3-bromo-2,3-dimetilpentano d) 3-bromo-3-metilhexano e) 2-bromo-3,4-dimetilpentano 29- (UFSM) Durante a destilação fracionada do petróleo, obtêm-se, sucessivamente, produtos gasosos, nafta, gasolina e óleos lubrificantes. A ordem de volatilidade da cada fração está relacionada com o(a): A) origem do petróleo - animal ou vegetal; B) formação de pontes de hidrogênio intermoleculares; C) tamanho da cadeia carbônica; D) ocorrência de compostos fortemente polares; E) tipo de petróleo empregado - parafínico ou asfáltico. 30- (CEFET) O gás de cozinha (GLP) é produzido por refino do petróleo. É falso afirmar que: A) é gasoso na temperatura ambiente; B) sob pressão, está liquefeito dentro do bujão; C) é formado por compostos de 5 a 6 átomos de carbono; D) é menos denso que a gasolina; E) tem ponto de ebulição mais baixo que o querosene. 31- (UFRS) O GLP (gás liquefeito de petróleo) é uma fração de destilação constituída essencialmente de: A) metano B) propano e butano C) hexanos D) metano, etano e propano E) hidrocarbonetos parafínicos com até dez carbonos na molécula 32- (UEPG) Em relação ao petróleo, assinale alternativa incorreta: A) a composição do petróleo não é constante, diferindo de acordo com a região de onde é extraído. B) o processo de cracking possibilita extrair do petróleo maior quantidade de gasolina. C) a fração de hidrocarbonetos que contém de 3 a 17 carbonos apresenta-se líquida. 32 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS D) o gás natural, que precede a saída do petróleo, é constituído principalmente por metano. E) o petróleo é produto da decomposição da matéria orgânica e ocorre em bolsões aprisionados por rochas impermeáveis. 33- (FESP) O cracking das frações médias de destilação do petróleo é, hoje, uma tecnologia empregada na maioria das refinarias porque: A) aumenta o rendimento em óleos lubrificantes; B) economiza energia térmica no processo de destilação; C) permite a utilização de equipamento mais compacto; D) facilita a destilação do petróleo; E) aumenta o rendimento em frações leves. 34- (PUCRS) A destilação fracionada do petróleo NÃO tem como resultado A) o gás de cozinha. B) a gasolina. C) o biodiesel. D) o querosene. E) o óleo diesel. 35 - (UPE PE- adaptada) As afirmativas abaixo estão relacionadas com as propriedades dos alcanos, analise-as e conclua. A) Os alcanos são muito solúveis em água, especialmente aqueles de cadeia carbônica aberta. B) Entre dois alcanos com o mesmo número de átomos de carbono na cadeia carbônica, o de maior ponto de ebulição será o de cadeia ramificada. C) Os alcanos gasosos são muito odoríferos, razão pela qual, quando há vazamentos em botijões de gás utilizados nas cozinhas, as donas-de-casa rapidamente identificam. D) A gasolina que se comporta como uma mistura de 80% de heptano e 20% de isoctano apresenta um índice de octanagem igual a 80%. E) O índice de octanagem do etanol é 105. Isso significa que sua resistência à explosão por compressão é 5% superior à verificada no isoctano puro. GABARITO: 1)D 2)A 3)E 4)A 5)A 6)B 7)A 8)B 9)B 10)A 11)B 12)E 13)E 14)D 15)E 16)C 17)B 18)A 19)A 20)B 21)D 22)E 23)B 24)B 25)D 26)C 27)A 28)C 29)C 30)C 31)B 32)C 33)E 34)C 35)E VESTIBULARES DA BAHIA 01. (UEFS) i CH3 | h CH a b c d ||g j l H3C – CH2 – CH2 – C – C – CH2 – CH3 || e CH | f CH3 Considerando-se a cadeia carbônica acima, o percurso que representa a cadeia principal é; 33 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS a) b) c) d) e) abcdgjl fedghi abcdef ihgjl abcdefgjl 02. (UEFS) h CH3 gCH2 a b c f i j l H3C – CH2 CH – CHCH2CH2CH3 | d CH2 | e CH3 Na cadeia carbônica da página anterior, o percurso que representa a cadeia principal é: a) a b c d e b) a b c f i j l c) a b c f g h d) e d c f g h e) a b c d e f g h 03. (UEFS) CH3 | CH3CH = CHCH2CCH3 | CH3 Segundo a IUPAC, a nomenclatura do composto representado acima é: a) 2 – dimetil – 4 – hexeno b) 2,2 – dimetil – 4 – hexeno c) 2,2 – dimetil – 4,5 – hexeno d) 5,5 – dimetil – 2 – hexeno e) 5,5 – dimetil – 3 – hexeno. 04. (UEFS) H H H C2H5 H | | | | | H–C–C–C–C–C–H | | | | | H H H H H O nome da estrutura acima é: 01) 2-metil-pentano 02) 2-metil-hexano 03) 3-metil-pentano 04) 3-metil-hexano 05) 5-metil-hexano 34 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS 05. (UEFS) Dentre os compostos relacionados abaixo, são aromáticos: I II III OH IV a) b) c) d) e) V I, II, III I, III, IV II, III,IV II, IV, V III, IV,V 06. (UEFS) I. Alcano II. Alceno III. Alcino IV. Aromático ( ) C6H6 ( ) C3H4 ( ) C3H6 ( ) C3H8 Associando-se cada fórmula molecular à respectiva função, da coluna da direita, preenchida de cima para baixo, deve ter a sequência: a) I, II, III, IV b) II, III, IV, I c) III, IV,I, II d) IV, III, II, I e) IV; I, II, III 07. (UEFS) I – CH3CH(CH3) CH3 II – CH3(CH2)2CH3 III.– CH3CH(CH3)CH2CH3 IV – CH3C(CH3)2CH3 V – CH3(CH2)3CH3 ( ( ( ( ( ) neopentano )n – pentano )isobutano )n – butano ) isopentano Associando-se os compostos orgânicos aos respectivos nomes, a coluna da direita deve ser preenchida, de cima para baixo, pela seqüência: a) I, II, III, IV, V b) II; III; IV, V, I c) III, IV; V; I; II d) IV, V, I, II, III; e) V, I, II, III, IV 08. (UEFS) 35 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS I. Todos os carbonos estão hibridizados na forma sp3 II. É um composto alifático III: Existem dois carbonos primários IV. O ângulo de ligação entre os carbonos 2 e 3 é de 120º Das afirmativas acima, sobre a molécula do 3 – metil – 2 – penteno, são verdadeiras: a) I e II b) I e III c) I e IV d) II e III e) II e IV 09. (UEFS) O composto 2,3 – dimetilpenteno-1 apresenta uma cadeia carbônica: a) homogênea, saturada, normal, alifática b) homogênea, insaturada, ramificada, alifática c) homogênea, insaturada, ramificada, aromática d) heterogênea, insaturada, normal, alifática e) heterogênea, saturada, normal, aromática 10. (UCSal) Dentre os hidrocarbonetos abaixo, qual é formado por moléculas com cadeia de cinco átomos de carbono? a) Dimetilpropano. b) Naftaleno. c) Tolueno. d) 1,2-dimetilbenzeno. e) 3 - metilpentano. GABARITO 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 - B B D 4 D B D E B 1 A - - - - - - - - - 36 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS 37 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS ENTALPIA – CALOR DE REAÇÃO Admite-se que toda substância possui uma certa quantidade de energia armazenada em seu interior, parte nas ligações entre os átomos e na coesão entre as moléculas e outra parte devido aos movimentos de translação, rotação e vibração dos átomos e moléculas. Esse conteúdo de energia de uma substância é uma importante propriedade que denominamos de ENTALPIA (H). Variações de entalpia ou calor de reação (H) é a quantidade de calor liberada ou absorvida durante uma reação química à pressão constante, matematicamente definida como: CONCEITO Termoquímica é a parte da química que estuda as quantidades de calor liberadas ou absorvidas durante as reações químicas. A quantidade de calor liberada ou absorvida durante uma reação química é normalmente indicada em calorias, podendo também ser expressa em joules (1cal 4,2J). Define-se caloria como sendo a quantidade de calor necessária para aquecer 1 grama de água de 14,5% a 15,5%. Ainda se costuma expressar a quantidade de calor em quilocalorias que é 1000 vezes maior que a caloria. 1 kcal = 1000 cal As necessidades diárias de calorias dependem de muitas coisas. Uma criança precisa de mais calorias que um idoso, pois está em fase de crescimento. O homem tem uma porcentagem maior de tecido muscular que o da mulher, logo precisa de mais calorias para manter seus tecidos saudáveis. Veja a tabela que mostra os valores energéticos de alguns alimentos: ALIMENTO Manteiga Carne de porco Amendoim Chocolate Farinha de soja Queijo cheddar Açúcar branco Carne de vaca Queijo prato Arroz Milho Feijão Trigo ENERGIA ALIMENTO (Kcal/g) 7,20 Pão 5,79 Bife cru 5,70 Frango cru 5,18 Sorvete 4,21 Ovos 4,06 Batata 3,94 Banana 3,82 Peixe 3,70 Leite 3,61 Laranja 3,48 Maçã 3,47 Cerveja 3,30 Tomate ENERGIA (Kcal/g) 2,80 2,66 2,30 1,66 1,63 1,10 0,85 0,76 0,65 0,49 0,45 0,31 0,22 Acompanhe agora a tabela abaixo que mostra o consumo metabólico aproximado (gasto de energia) para um homem de 70Kg e 1,70m de altura. ATIVIDADE Dormir Estar acordado Estar sentado Estudar sentado Estar em pé Caminhar Comer Kcal/h 0 10 31 48 53 120 36 ATIVIDADE Tomar banho Dançar Jogar tênis Jogar voleibol Jogar futebol Nadar Correr Hreação = Hproduto - Hreagente TIPOS DE REAÇÕES Reações Endotérmicas Absorvem calor do meio Possuem H > 0, ou seja Hp > Hr Ex: A + B C + D H = 10Kcal A + B + 20kJ C + D A + B C + D – 50cal Reações Exotérmicas Liberam calor para o meio Possuem H < 0, ou seja Hp < Hr Ex: A + B C + D H = - 210Kcal A + B - 350kJ C + D A + B C + D + 450cal Obs.: Podemos ainda traçar o “perfil” de uma reação através de diagramas de energia; assim: Reação Endotérmica Entalpia Hp produtos Hr reagentes Kcal/h 35 478 431 151 502 431 550 H>0 Hp > Hr sentido da reação Reação Exotérmica Entalpia 38 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS Hr H<0 reagentes Hp produtos 01. Muitos estudos têm demonstrado a necessidade de uma dieta alimentar balanceada para diminuir a incidência de doenças e aumentar a qualidade de vida do homem. Alimento sentido da reação TREINAMENTO DE SALA: 01. Reações em que a energia dos reagentes é inferior à dos produtos, à mesma temperatura, são: a) b) c) d) e) endotérmicas lentas espontâneas catalisadas exotérmicas 02. A equação H2(g) + 1/2O2(g) H2O(g) + 242kJ representa uma reação química que: a) b) c) d) e) libera 121kJ por mol de O2(g) consumido absorve 121kJ por mol de O2(g) consumido libera 242kJ por mol de H2O(g) produzido libera 242kJ por mol de O2(g) consumido absorve 242kJ por mol de H2O(g) produzido 03. (UFSM-RS) Considere o seguinte gráfico: H A2(g) + B2(g) H hambúrger pão batata frita sorvete suco de maçã (200mL) Valor energético 1170kJ 300kJ 24kJ/g 11kJ/g 190kJ Tipo de Energia exercíci consumi o da kJ/h voleibol 1500 tênis 1900 corrida 2600 futebol 2200 Um estudante seguia uma dieta alimentar de 2000kJ e durante o seu lanche consumiu 1 pão, 1 hambúrger, 50g de batata frita, 2 copos de suco e 50g de sorvete. Para consumir o excesso energético ingerido durante o seu lanche, o estudante deverá jogar voleibol durante, aproximadamente: a) 46min b) 64min c) 90min d) 30min e) 144min 02. Derramando-se acetona na mão, tem-se uma sensação de frio, porque: a) a acetona reage exotermicamente com a pele b) a evaporação da acetona é um processo endotérmico c) a evaporação da acetona é um processo exotérmico d) a acetona sublima e) a acetona foi previamente aquecida 2AB(g) FATORES QUE INFLUENCIAM O H caminho da reação De acordo com o gráfico acima, a reação é: a) b) c) d) e) Exotérmica e H > 0 Exotérmica e H < 0 Endotérmica e H < 0 Endotérmica e H > 0 Endotérmica e H = 0 AGORA É A SUA VEZ: PRESSÃO E TEMPERATURA ESTADO FÍSICO Uma mesma substancia, em estados físicos diferentes, apresenta entalpias diferentes. Por exemplo: HG > HL > HS Observamos que, devido à agitação molecular, a entalpia do sólido é a mais baixa, a do líquido é média e a do estado gasoso é a mais alta. 39 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS Cdiamante 0,5 Cgrafite 0 ESTADO ALOTRÓPICO Obs.: ALOTROPIA: Existência do mesmo elemento químico formando substâncias simples diferentes (só nos interessa os quatro casos estudados no capítulo Conceitos Básicos) Substâncias simples na forma mais comum, ou estado padrão, possuem entalpia (H) igual a zero. Baseado nesta condição é possível calcular as entalpias relativas de todas as substâncias. As entalpias medidas a 25ºC e 1 atm são chamadas de ENTALPIA PADRÃO (Hº). N2(g) possui H = 0; N2(l) possui H 0 Obs.: Denomina-se de estado padrão: Oxigênio Oxigênio (O2) H=0 Ozônio (O3) H 0 Enxofre (S) Rômbico H = 0 Monoclínico H 0 TREINAMENTO DE SALA: 01. Qual das transformações abaixo representa um processo endotérmico? a) b) c) d) e) N2(l) O3(g) C(d) H2(g) SM TIPOS DE ENTALPIA DE REAÇÃO (H) Exemplo: H de formação do H2SO4(i) H2(g) + S(s) + 2 O2(g) H2SO4; H = Hºf Nos casos de alotropia temos: Grafite H = 0 Diamante H 0 Fulereno – 60 H 0 a) b) c) d) e) ENTALPIA OU CALOR DE FORMAÇÃO (Hf) É o calor liberado ou absorvido na formação de 1 mol de uma substância a partir de substâncias simples, no estado padrão. Estado físico mais comum T = 25ºC P = 1 atm Carbono (C) 03. Qual das substâncias abaixo possuem Hº igual a zero: O calor de reação ou variação de entalpia (H) recebe denominações especiais, de acordo com o tipo de reação. Dentre os diversos tipos de H, destacamos: Ex: H2(g) possui H = 0; H2(l) possui H 0 - a) O Cgrafite é mais estável e mais abundante do que o Cdiamante b) O Cdiamante é mais estável e mais abundante do que o Cgrafite c) O Cgrafite é o alótropo mais estável, e o Cdiamante é o alótropo mais abundante. d) O Cdiamante é o alótropo mais estável, e o Cgrafite é o alótropo mais abundante e) O Cgrafite e o Cdiamante são alótropos igualmente estáveis e abundantes. H2O(g) H2O(l) H2O(g) H2O(s) H2O(l) H2O(s) H2O(s) H2O(l) H2O(g) H2O(g) 02. Considere o diagrama de entalpia abaixo. Podemos concluir que: H2(j) + SR + 2O2(g) H2SO4; H Hºf Obs.: O hidrogênio encontra-se no estado líquido que não é a sua forma mais comum. H2(g) + I2(s) 2HI; H Hºf Obs.: foram formados 2 mols de HI SO3(g) + H2O(l) H2SO4 ; H Hf Obs.: os reagentes não são substâncias simples. ENTALPIA OU CALOR DE COMBUSTÃO (Hc) É a quantidade de calor desenvolvida na combustão completa de um mol de substância, estando todos os participantes no estado padrão. ntalpia cal/mol) Combustão é a reação de uma substância (combustível) com o oxigênio (comburente) com liberação de energia, 40 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS d) 5,6L e) 1,12L ou seja, sempre exotérmica. A combustão pode ser 07. Dada a equação termoquímica: Completa: quando libera CO2 + H2O. Incompleta: quando libera (C ou CO) + H2O. H = +141kJ, calcule o calor envolvido na formação de 32g de O3(g). Ex: CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O (completa) C3H8 + 2O2 3C + 4H2O (incompleta) C2H4 + 2O2 2CO + 2H2O (incompleta) AGORA É A SUA VEZ: 01. Assinale a opção que indica corretamente a reação que representa a entalpia de formação do etanol (C2H5OH) a) b) c) d) e) 3 O2(g) + O3(g) 2 2C(d)+ 3H2(g) + 1/2O2(g) C2H5OH(l) 2C(g)+ 3H2(g) + 1/2O2(g) C2H5OH(l) 2C(s)+ 3H2(l) + 1/2O2(g) C2H5OH(l) 4C(s)+ 6H2(g) + O2(g) 2C2H5OH(l) 2CO2(s)+ 3H2O(g) 2 C2H5OH(l) + 3O2(g) a) b) c) d) e) 141kJ 70,5kJ 1410kJ 47kJ 282kJ 08. A combustão do metano está representada pela seguinte equação termoquímica CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) + 802kJ. Calcule a energia liberada a partir de 5,6L de CH4(g) nas CNTP. a) 200,5kJ b) 100,25kJ c) 401,0kJ d) 802,0kJ e) 80,2kJ CÁLCULOS DE H 02. H para o processo C6H12O6(s) + 6O2(g) 6CO2(g) + 6H2O(ℓ) é chamado de: a) calor de combustão b) calor de formação c) calor de sublimação d) calor de vaporização e) calor de solução O calor liberado ou absorvido durante uma reação química pode ser calculado de três maneiras diferentes, dependendo dos dados disponíveis no problema: Através das entalpias de formação 03. Assinale a opção que indica a reação cujo calor corresponde ao calor de formação do N2O5 a) N2(g) + O2(l) N2O5 b) 2N2(g) + 5O2(l) 2N2O5 c) N2O3(g) + O2(l) N2O5 d) N2(l) + O2(g) N2O5 e) N2(g) + 5/2O2(g) N2O5 04. A combustão completa do C2H2 está representada por: a) C2H2(g) + 5/2O2(g) 2CO2(g) + H2O(g) b) C2H2(g) + 3/2O2(g) 2CO (g) + H2O(g) c) C2H2(g) + 1/2O2(g) 2C(g) + H2O(g) d) C2H2(g) + 2O2(g) 2CO2(g) + H2(g) e) C2H2(g) + O2(g) 2CO (g) + H2(g) melhor Termoquímica e a estequiometria 05. De acordo com a equação termoquímica C(g) + O2(g) CO2(g) H = -394kJ, calcule o calor liberado na combustão completa de 6g de C(g). a) b) c) d) e) Vimos anteriormente que H = Hprodutos – Hreagentes. Sendo dadas as entalpias de formação das substancias envolvidas na reação, podemos então calcular o H através desta expressão. Perceber que serão dados os valores do Hºf de cada substância presente na reação. Lembre-se que substâncias simples na forma mais comum possuem H = 0. Deve-se multiplicar os coeficientes da equação, pelos valores dos Hºf das respectivas substâncias, obedecendo a ordem da fórmula. TREINAMENTO DE SALA: 01. De acordo com a tabela e a reação abaixo calcule o valor do H de combustão do C2H2. C2H2(g) + 5/2O2(g) 2CO2(g) + H2O(l) 394kJ 197kJ 788kJ 185kJ 3940kJ 06. Qual o volume de O2(g), nas CNTP, necessário para liberar 28,6kJ de energia segundo a equação termoquímica: H2(g) + 1/2O2(g) H2O(l) H = -286kJ a) 22,4L b) 11,2L c) 2,24L Substância C2H2(g) CO2(g) H2O(l) a) b) c) d) e) Entalpia (kJ/mol) + 227 - 394 - 286 – 847kJ/mol + 847kJ/mol – 453kJ/mol + 453kJ/mol – 1301kJ/mol 02. A entalpia de formação do metanol líquido e a do 41 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS metanol gasoso valem, respectivamente, -239kJ/mol e -201kJ/mol. De acordo com a equação CH3OH(g) CH3OH(l) a entalpia de liquefação do metanol valerá: a) b) c) d) e) H estado estado final H1 – 38kJ/mol + 38kJ/mol – 440kJ/mol + 440kJ/mol - 220kJ/mol H2 estado intermediário Onde: H = H1 + H2 AGORA É A SUA VEZ: 01. A fotossíntese é a principal fonte de energia alimentar das plantas, ocorrendo até mesmo em alguns tipos de bactérias. A equação química da fotossíntese é dada por: 6CO2(g) + 6H2O(l) C6H12O6(s) + 6O2(g) Considerando a tabela de entalpias abaixo, determine a variação de entalpia na produção de 1 mol de glicose (C6H12O6) Substância C6H12O6(s) CO2(g) H2O(l) Entalpia (kJ/mol) - 1275 - 394 - 286 02. É possível preparar gás oxigênio em laboratório pelo aquecimento cuidadoso de clorato de potássio, de acordo com a equação: 2KClO3 2KCl + 3O2 H = - 90kJ Sabendo que a entalpia do KCl vale – 436kJ/mol, a entalpia do KClO3 deverá valer: a) b) c) d) e) Perceber que vai ser dada mais de uma equação com os respectivos valores de ∆H. Se inverter a reação o ∆H troca de sinal. Se multiplicar ou dividir qualquer substância de qualquer reação o ∆H da respectiva reação também fica multiplicado ou dividido. Para o cálculo do ∆H da reação pedida basta simplesmente somar os valores dos novos ∆H obedecendo aos sinais. TREINAMENTO DE SALA: 01. Considerando os processos: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) N2(g) + 2O2(g) 2NO2(g) H2(g) + 1/2O2(g) H2O(l) H = - 92kJ H = + 68kJ H = - 286kJ Determine o H de combustão da amônia 4NH3(g) + 7O2(g) 4NO2(g) + 6H2O(l) – 782kJ/mol + 782kJ/mol – 391kJ/mol + 391kJ/mol – 196kJ/mol ATRAVÉS DA LEI DE HESS 02. O gás acetileno, C2H2, pode transformar-se em benzeno, um importante solvente para as substâncias apolares, de acordo com a seguinte equação: 3C2H2(g) C6H6(l) Com base nessas informações, determine o H desse processo. Dados: C6H6(l) + 15/2O2(g)6CO2(g) + 3H2O(l) H = -3267kJ C2H2(g) + 5/2O2(g)2CO2(g) + H2O(l) H = -1300kJ AGORA É A SUA VEZ: Germain Hess (1802 – 1850) LEI DE HESS A variação de entalpia de uma transformação só depende dos estados inicial e final do sistema, seja a transformação realizada em uma única etapa ou em várias etapas sucessivas. Assim: 01. Na respiração celular a glicose reage com o oxigênio de acordo com a equação: C6H12O6(g) + 6O2(g) 6CO2(g) + 6H2O(l) Qual o H do processo? Dados: 6C(g) + 6H2(g) + 3O2(g)C6H12O6(g) H = -1275kJ C(g) + O2(g) CO2(g) H = -394kJ H2(g) + 1/2O2(g) H2O(l) H = -286kJ 02. Considerando os processos: 42 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS C(g) + O2(g) CO2(g) H = - 94kcal/mol H2(g) + 1/2O2(g) H2O(g) H = - 58kcal/mol 2C(g) + 3H2(g) + 1/2O2(g)C2H5OH(l) H = - 66Kcal/mol Energia de ligação: é a energia necessária para quebrar um mol de ligações, entre átomos, no estado gasoso, a 25ºC e 1 atm. Determine o calor liberado na combustão completa do etanol líquido(C2H5OH(l)) C2H5OH(l) + 3O2(g) 2CO2(g) + 3H2O(l) Reagentes Produtos Absorvem calor Liberam calor Quebram as ligações Formam as ligações (+) (-) Obs.: Vem uma tabela com os valores respectivos das energias de ligação envolvidas na reação TREINAMENTO DE SALA: 01. Determine o H do processo de produção do clorofórmio CH4 + 3Cl2 CHCl3 + 3HCl Dados: LIGAÇÃO Energia (kJ/mol) C–H 413 Cl – Cl 242 C – Cl 328 H – Cl 431 Observação: o Diagramas de Entalpia É possível, com, base na Lei de Hess, se determinar o valor do H de uma reação a partir de um diagrama de entalpia. Exemplo: O diagrama a seguir demonstra a Lei de Hess para uma seqüência de reações: H 02. Utilizando as energias de ligação, determine o H do processo envolvendo gases. X H1 = - 50kJ Z C2H2(g) + 2H2(g C2H6(g) Dados: H = ? Y H3 = - 300 kJ H2 = - 150kJ LIGAÇÃO C–H CC C–C H–H Energia (kJ/mol) 413 839 348 436 W Determine a entalpia, em kJ, das reações: a) ZY b) YX = absorção de energia (H > 0) = liberação de energia (H < 0) ATRAVÉS DAS ENERGIAS DE LIGAÇÃO 43 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS AGORA É A SUA VEZ: 01. Dada a reação CH4 + F2 CH3F + HF Determine o valor do seu H. Dados: LIGAÇÃO Energia (kJ/mol) C–H 413 F–F 155 C–F 485 H–F 567 02. Calcule a variação de entalpia na reação O balanço energético do corpo humano Precisamos de energia para manter nossos processos vitais, ainda que em repouso ou associados a quaisquer atividades, como estudar, escrever, andar ou praticar esportes. O combustível que utilizamos para produzir essa energia está nos alimentos. Energia absorvida X Energia liberada Os valores de energia dos alimentos são baseados na proporção em que participam os glicídios (açúcares, amido ), as proteínas e os lipídios (óleos e gorduras ). 2HBr(g) + Cl2(g 2HCl(g) + Br2(g) Dados: LIGAÇÃO Br – H Cl – Cl Br – Br H – Cl Energia (kcal/mol) 87,4 57,9 46,1 103,1 Em nutricionismo, a Caloria (com inicial maiúscula) corresponde a: 1 Caloria (Cal) = 1,0kcal = 4,18 kJ Em media, são calculadas as seguintes quantidades de energia por grama de cada participante: Glicidios 17kJ(4Cal) de energia por grama Proteínas 17kJ(4Cal) de energia por grama Lipidios 38kJ(9Cal) de energia por grama Baseando-se nesses valores, os nutricionistas elaboram tabelas de energia para os diversos tipos de alimentos. Valores médios de energia consumida por pessoa de 70kg Nível de atividade Muito cansado Suave Moderado Forte Exemplos Sentada, lendo ou escrevendo, dirigindo carro Caminhada leve, ritmo normal Caminhada rápida, dança, tênis Natação, corrida, basquete, futebol Calorias/horas 60 – 150 150 – 300 300 – 450 450 – 720 As funções biológicas de nosso organismo, como o funcionamento dos pulmões ou do coração, exigem um constante consumo de energia. A tabela é muito importante porque nos permite relacionar a variação da energia presente em diversos alimentos com o consumo de energia durante a pratica regular de alguns exercícios físicos. Um adulto gasta, em media, 2500Cal por dia. A produção e o consumo de energia Atualmente, as principais fontes de energia são: o carvão mineral, o petróleo e o gás natural. Além do grande consumo de petróleo, o Brasil deve boa parte da energia às suas usinas hidrelétricas. Períodos de seca prolongada, porém, reduzem a quantidade de água nas represas, o que pode provocar o racionamento de 44 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS energia elétrica ou os apagões. No curto prazo, procurouse a alternativa das usinas termelétricas. Estas, no entanto, consomem grandes quantidades de combustível derivados do petróleo ou gás natural - e ocasionam poluição. É bom lembrar que o carvão mineral, o petróleo e o gás natural são fontes de energia: não-renováveis; portanto, mais cedo ou mais tarde, irão esgotar-se; · poluidoras, pois os gases produzidos em suas combustões comprometem a atmosfera terrestre. Considerando o aumento da população terrestre e o aumento de consumo de energia por habitante, concl.uímos que a manutenção do desenvolvimento humano só' será possível se houver: produção de mais energia, por meio de novos processos que sejam econômicos e não poluidores; economia de energia, com o uso de máquinas e aparelhos mais eficientes e com a reeducação de pessoas e nações. Vejamos, então, algumas fontes alternativas de energia. a) Energia nuclear - As usinas atômicas atuais produzem energia pela fissão do urânio (combustível não-renovável). A quantidade de energia produzida é grande (1g de urânio235 equivale a 13,7 barris de petróleo); o processo, porém, é caro e oferece o perigo de a radioatividade escapar em caso de acidente. No futuro, outro caminho será a fusão de deutério etrítio, que poderá vir a se tornar uma fonte de energia praticamente inesgotável. b) Biomassa – É o aproveitamento da energia acumulada nos vegetais (energia renovável). O Brasil se destaca nessa área com dois projetos: a produção do álcool combustível, a partir da cana-de-açúcar, e a produção pioneira do biodiesel, com a adição de óleos vegetais esterificados ao diesel. c) Energia solar – Para a Terra, o Sol é a fonte de energia mais abundante, mais potente, gratuita e praticamente infindável. Podemos dizer que quase todas as outras formas de energia derivam ou derivaram da energia solar. Por isso, a humanidade está fazendo grandes esforços para aproveitar a energia solar por vários processos: o aquecimento solar de casas e edifícios; os coletores solares de espelhos, que podem aquecer a água para gerar vapor e com ele acionar geradores de energia elétrica; as células solares ou fotoelétricas, que permitem a conversão direta da energia solar em eletricidade, como as que existem em máquinas de calcular, postos telefônicos em locais isolados, automóveis de teste, satélites artificiais, estações meteorológicas etc. Do ponto de vista ambiental, as hidrelétricas sempre foram consideradas um modelo de geração de energia limpa, enquanto as termelétricas lideram o grupo de usinas mais poluentes. Um trabalho realizado no país demonstra que nem sempre isso é verdade. Depois de analisarem o impacto ambiental de algumas hidrelétricas brasileiras, os especialistas responsáveis pelo estudo chegaram à conclusão de que 40% delas emitem uma quantidade maior de poluentes na atmosfera que a média entre as termelétricas. Os maiores problemas estão relacionados com a construção de barragens em áreas muito extensas e rasas. Isso propicia o acúmulo na superfície de lixo e algas, responsáveis pela emissão de gás carbônico no meio ambiente. Veja na tabela a seguir quantas vezes as usinas hidrelétricas relacionadas são mais poluentes que uma termelétrica, segundo aquele estudo. Barra Bonita (SP) 1,5 vez Três Marias (MG) 2 vezes Samuel (RO) 3 vezes Balbina (AM) 5 vezes (Adaptado de: Veja São Paulo, Abril, 23 dez. 2002.) Química Série Brasil Vol. Único-Sardella e Falcone Ed. Ática pág 284. 1ª Ed. 2005 VESTIBULARES DA BAHIA: INSTRUÇÃO: Responda a questão 01 de acordo com o seguinte código: a) apenas a afirmativa I é correta b) apenas a afirmativa II é correta c) apenas as afirmativas I e III são corretas d) apenas as afirmativas II e III são corretas e) as afirmativas I, II e III são corretas 01. (UEFS) I – Os processos exotérmicos ocorrem com desprendimento de calor II – A combustão do álcool, nos motores de automóvel, é um processo endotérmico III – A passagem da água, do estado gasoso para o líquido, se dá com absorção de calor 02. (UEFS) O esquema abaixo representa as mudanças de estados físicos: 5 1 Sólido 2 Líquido 6 3 4 Gasoso São processos exotérmicos; d) Energia eólica (do vento) - O velho moinho de vento está sendo aperfeiçoado para produzir energia elétrica (a energia eólica é renovável). Nos Estados Unidos, principalmente no estado da Califórnia, existem campos recobertos desses modernos moinhos de vento; no Brasil, o processo começa a ser mais utilizado nos estados do Norte e do Nordeste. Fundamentos da Química Vol. Único-Feltre Ed. Moderna pág 350.4ªEd.2005 Energia elétrica Não se imagina hoje a humanidade sem energia elétrica. Mas as fontes usadas para sua geração devem ser bem analisadas, pois também nos trazem poluição. a) 1, 3 e 5 c) 3, 4 e 6 e) 2, 4 e 6 b) 1, 2 e 6 d) 3, 4 e 5 03. (Facceba) I. Sólido a líquido Fusão do gelo II. Líquido a gasoso água líquida a vapor III. Gasoso a líquido condensação do vapor d’água IV. Líquido a sólido congelamento da água V. Sólido a gás sublimação do gelo-seco Dos processos acima são exotérmicos 01) I e II 45 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS 02) II e III 03) III e IV 04) IV e V 05) I e V 05. (UEFS) Com relação a alguns processos que ocorrem no organismo humano, pode-se afirmar: I. II. a respiração é um processo exotérmico. a oxidação dos alimentos é um processo endotérmico. III. a evaporação do suor é um processo endotérmico. IV. ocorre no sangue processos físicos e químicos. V. há troca de energia entre os alimentos e a matérias viva numa das fases de um metabolismo. INSTRUÇÃO: Para responder a questão 04, identifique as alternativas verdadeiras e marque, o número correspondente a alternativa correta, considerando o seguinte código: 01) 02) 03) 04) 05) apenas as afirmativas I e III são verdadeiras. apenas as afirmativas II, III e V são verdadeiras. apenas as afirmativas II, IV e V são verdadeiras. apenas as afirmativas I, II, IV e V são verdadeiras. todas as alternativas são verdadeiras. O acetileno já foi muito usado para iluminação de acampamentos, devido a forma fácil de obtê-lo a partir do carbureto. A quantidade de gás era controlada pela adição de água. Hoje, outras reações químicas substituem essa iluminação nas lanternas a pilha. O acetileno, porém, não deixou de ser importante, pois continua sendo usado para acelerar o amadurecimento de frutas e ainda como combustível nos maçaricos de oxi-acetileno, já que sua temperatura de chama chega a 2500ºC além de larga importância industrial. As equações, a seguir, são de obtenção e utilização do acetileno. a) CaCO3 calcáreo b) CaO + 3C carvão CaO + CO2 cal virgem 06. (UESC) As reações químicas envolvem ganho ou perda de energia. Com relação a esta variação de energia, pode-se afirmar: a) b) c) d) e) 07. (UESC) Considere as equações, hipotéticas, a seguir: I. A(g) + B(g) C(g) + D(g) + E1 II. A(g) + B(g) C(g) + D(l) + E2 Com base na termoquímica, é correto afirmar: CaC2 + CO carbureto c) CaC2 + H2O 01) a reação I é endotérmica e a II exotérmica. 02) a energia liberada na reação II é maior do que a da reação I 03) o H da reação II é positivo 04) a reação I é exotérmica, e a II endotérmica 05) as duas reações são endotérmicas C2H2 + Ca(OH)2 + E acetileno cal apagada Fe d) 3C2H2 + E C6H6 500ºC e) C2H2 + O2 f) C2H2 + HCl ácido muriático INSTRUÇÃO: Para responder a questão 08, identifique as afirmativas verdadeiras e marque a alternativa correta de acordo com o seguinte código: CO2 + H2O H2CCHCl cloreto de vinila 01) apenas as afirmativas I e II são verdadeiras 02) apenas as afirmativas I, II e III são verdadeiras 03) apenas as afirmativas II, III e IV são verdadeiras 04) apenas as afirmativas I, III e V são verdadeiras 05) apenas as afirmativas II, III, IV e V são verdadeiras 04. (UEFS) Com relação a energia envolvida, pode-se classificar as reações como: I. II. III. IV. V. exotérmica na equação a. endotérmica na equação b. endotérmica na equação d. endotérmica na equação c. exotérmica na equação e. Instrução: Para responder a questão 05, identifique as afirmativas verdadeiras, e marque o número correspondente à alternativa correta, considerando o seguinte código: 01) apenas as afirmativas II e V são verdadeiras. 02) apenas as alternativas I, III e IV são verdadeiras. 03) apenas as alternativas I, II, III e IV são verdadeiras. 04) apenas as alternativas I, III, IV e V são verdadeiras. 05) todas as alternativas são verdadeiras. nas reações exotérmicas, a energia de ligação dos reagentes é superior à dos produtos toda reação espontânea é explosiva, porque gera grande quantidade de energia nas reações exotérmicas, a entalpia dos sistemas cresce uma reação de combustão é sempre endotérmica energia molar de ligação é a energia necessária para romper a ligação de uma molécula 08. (UESC) Uma equação termoquímica deve conter informações sobre: I. os valores de energia envolvidas na reação II. a forma alotrópica dos reagentes III. a proporção molar de reagentes e produtos IV. a geometria dos compostos formados V. o ponto de fusão dos reagentes Instrução: Para responder a questão 09, identifique entre as alternativas numeradas de 01 a 05, APENAS UMA ÚNICA alternativa correta, de acordo com a Chave de Respostas abaixo. 01) 02) 03) 04) apenas as afirmativas I, II e III são verdadeiras. apenas as afirmativas I, IV e V são verdadeiras. apenas as afirmativas I, III e IV são verdadeiras. apenas as afirmativas II, IV e V são verdadeiras. 46 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS 05) apenas as afirmativas I, III e V são verdadeiras. 09. (Facceba) Com relação a energética das reações químicas, é correto afirmar: I. a reação H2(g) + 1 O2(g) 2 H2O(l) + 285,8 kJ é exotérmica. nas reações endotérmicas, a entalpia dos produtos é menor que a dos reagentes. III. por apresentar H (variação de entalpia) positiva, a reação 2CO2(g) 2CO(g) + O2(g) é endotérmica. IV. quando se lava a mão com álcool etílico (etanol) e em seguida se lava com água, sente-se um leve aquecimento na mão, porque se realiza um processo endotérmico. V. a vaporização da água de uma piscina pela ação da luz solar é um exemplo de processo endotérmico. II. 10. (Cairú) I. C + O2 CO2 H = -393,3kJ lI. H2 + S + 2O2 H2SO4 H = -811,3kJ III. 2C + 3H2 + 1 O2 C2H5OH 2 IV. CaO + H2O Ca(OH)2 H = -277,6kJ H= -151,8Kcal Com base nas reações, assinale a alternativa verdadeira. 01) Todas as reações ocorrem com absorção de calor. 02) Todas as variações de entalpia dessas reações podem ser designadas como calor de formação. 03) Apenas a reação I é de combustão. 04) O calor de formação da cal hidratada é -151,8 Kcal. 05) O calor de formação do ácido sulfúrico é igual a +811,3 KJ: 12. (UEFS) Na reação química representada abaixo, houve uma variação de massa de aproximadamente, 5x10 9 g. C(s) + O2(g) CO2(g) + 94 kcal I – A variação aproximada de massa corresponde a 94 kcal. II – Nessa reação, o valor da energia liberada corresponde as alterações nucleares nos átomos de carbono e oxigênio. III – A energia liberada, nessa reação, é conseqüência da alteração dos níveis eletrônicos dos átomos de carbono e oxigênio. 13. (UCSal) Entalpia de formação (calor de formação), em kcal/mol, no estado padrão: monóxido de carbono(g) dióxido de carbono(g) carbono grafita(s) oxigênio(g) hidrogênio(g) metanol(g) A partir de dados acima se pode calcular a variação de entalpia da reação representada por 2H2(g) + CO(g) CH3OH(g) Seu valor é a) b) c) d) e) – 22kcal + 22 kcal zero + 11kcal – 11kcal 14. (UCSal) Considere a seguinte tabela, que fornece dados sobre as entalpias molares de formação e de combustão completa do etanol e do carbono grafita, originando CO2(g) e H2O(l): Álcool 11. (UEFS) Considere-se a reação H2(g) + 1 2 O2(g) H2O(l) H = -68,3 Kcal Pode-se afirmar, em relação à formação de 1 mol de água que há: a) b) c) d) e) absorção de 68,3 Kcal e a reação é endotérmica absorção de 68,3 Kcal e a reação é exotérmica liberação de 68,3 Kcal e a reação é exotérmica liberação de 68,3 Kcal e a reação é endotérmica liberação de 68,3 em qualquer estado físico INSTRUÇÃO: Responda a questão 12 de acordo com o seguinte código: a) b) c) d) e) apenas a afirmativa I é correta apenas a afirmativa II é correta apenas as afirmativas I e III são corretas apenas as afirmativas II e III são corretas as afirmativas I, II e III são corretas - 26 - 94 zero zero zero -48 Etanol, CH3CH2O(l) Carbono grafita Entalpia de formação (kJ/mol) - 278 Entalpia de combustão (kJ/mol) - 1 370 Zero - 394 Com base nesses dados e considerando que a entalpia de formação do O2(g) é zero, conclui-se que a entalpia de formação do H2O(l) é, aproximadamente, a) b) c) d) e) - 574 kJ/mol - 287 kJ/mol - 144 kJ/mol 144 kJ/mol 287 kJ/mol 15. (UCSal)Considere as seguintes informações: · A entalpia de formação dos elementos químicos no estado padrão (forma mais estável, 25°C e 1 atm) é igual a zero. Das variedades alotrópicas do carbono, a mais estável é a grafita. As entalpias de combustão do carbono na forma 47 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS mais estável e no estado padrão valem, respectivamente: -110kJ/mol de CO(g) e -394 kJ/mol de CO2(g). Assim sendo, a reação representada por CO2(g) + C(grafita) 2CO(g) tem variação de entalpia H, no estado padrão, em kJ/mol de CO(g) igual a a) b) c) d) e) De acordo com as reações representadas acima, a transformação de enxofre monoclínico em rômbico ocorre a partir da: absorção de 0,11 Kcal/mol. liberação de 141,95 Kcal/mol. absorção de 141,95 Kcal/mol. liberação de 0,11 Kcal/mol. absorção de 71,03 Kcal/mol. 17. (UEFS) H2(g) + 1 O2(g) H2O(l) 2 C2H6(g)+ 7 2 H = - 68,3 kcal O2(g)2CO2(g)+3H2O(l) H=-372,8 kcal C2H4(g)+3O2(g)2CO2(g)+ 2H2O(l) H = - 337,3 kcal Considerando-se que todos os sistemas acima estão a 25ºC, na reação C2H4(g) + H2(g) C2H6(g) o valor de H é: a) b) c) d) e) 2Al + 3 2 3 2 O2 Fe2O3 H = - 200 Kcal/mol O2 Al2O3 H = - 400 kcal/mol C(s) + O2(g) CO2(g) 1 O2(g) H2O(l) 2 a) b) c) d) e) 100 kcal 200 kcal 300 kcal 400 kcal 600 kcal 20. (UEFS) Dadas as seguintes equações termoquímicas: C2H2(g)+ 5/2O2(g)2CO2(g) + H2O(l) H = -1299,5kJ C(s) + O2 CO2(g) H = - 393,5kJ H2(g) + 1/2O2(g) H2O(l) H = - 285,8kJ A variação da entalpia para a decomposição de 1 mol de acetileno (C2H2) em C(s) e H2(g) é: C2H2 2 C(s) + H2(g) a) 166,8 KJ. b) –226,7 KJ. c) –1978,8 KJ. d) –798,3 KJ. e) –404,8 KJ. 21. (UCSal) Considere as reações químicas representadas por: HgO(s) + 90kJ Hg(ℓ) + 1 O2(g) 2 CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) + 900kJ Que quantidade, em mols, de metano deve ser queimada para suprir a energia necessária na decomposição de 100 mols de HgO? –778,4 kcal +778,4 kcal –103,8 kcal +32,8 kcal –32,8 kcal 18. (UEFS) Todos os sistemas abaixo estão a 25ºC. H2(g) + 2Fe + A reação entre um mol de óxido de ferro III (Fe 2O3) e alumínio metálico produz ferro fundido. A quantidade de calor liberado nessa reação é: -174 - 87 + 87 - 284 + 284 16. (UEFS) S (rômbico) + O2 SO2(g) H=-70,92Kcal/mol. S (monoclínico)+O2SO2(g) H=-71,03Kcal/mol. a) b) c) d) e) 19. (UEFS) Considerem-se as reações termoquímicas abaixo: H = -94,1 kcal/mol H = -68,3 kcal/mol a) b) c) d) e) 2,0 mols 4,0 mols 5,0 mols 10 mols 20 mols 22. (UCSal)Com base nos seguintes dados: H (kcal/mol de hidrocarboneto) C2H2(g) + 5 O2(g) 2CO2(g) + H2O(l) -310 2 CH4(g)+O2(g)CO2(g)+H2O(l) H = -212,8 kcal/mol Na reação C(s)+H2(g)CH4(g), o valor de H é: a) b) c) d) e) –17,9 kcal/mol +17,9 kcal/mol + 50,4 kcal/mol – 442,5 kcal/mol + 442,5 kcal/mol C6H6(g) + 15 2 O2(g) 6CO2(g) + 3H2O(l) -790 Pode-se obter o valor da variação de entalpia que ocorre na transformação 3C2H2(g) C6H6(g) . Seu valor é: a) 1100kcal b) –480kcal 48 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS c) –140kcal d) 140kcal e) 480kcal 23. (UNEB) Dadas as equações termoquímicas C(graf) 1 O2(g) CO(g) H 2 Instruções: Para responder às questões de números 26 e 27 considere as seguintes possibilidades para se chegar a uma solução aquosa de cloreto de sódio a partir do sal sólido: = - 110,4kJ/mol C(graf) O2(g) CO2(g) H = - 393,3kJ/mol H1 é possível afirmar que a reação CO(g) a) b) c) d) e) 1 O2(g) CO2(g) 2 + Na (l) + Cl (l) H2 NaCl(s) tem H + +H2O(l) +H2O(l) H3 +503,7 +393,3 +282,9 -282,9 -503,7 H5 - Na (g) + Cl (g) H4 +H2O(l) Na+(aq) + Cl-(aq) Solução aquosa de cloreto de sódio 24. (UESC) Com base nas equações termoquímicas: C(grafite) + O2(g) CO2(g) H = - 393,5kJ.mol -1 C(diamante) + O2(g) CO2(g) H = - 395,4kJ.mol -1 São feitas as seguintes afirmações: I. em ambos os casos a formação de CO2 é endotérmica II. a conversão do C(diamante) em C(grafite) é exotérmica III. a forma alotrópica mais estável do carbono é o diamante 26. (UCSal) De acordo com a lei de Hess, a entalpia de dissolução do NaCl(s) em água, H5, pode ser calculada por a) H1 + H2 c) H3 + H4 e) H4 – H3 b) H1 + H3 d) H4 – H1 27. (UCSal) A entalpia de fusão de 1 mol de NaCl(s) é a) H5 d) H2 b) H4 e) H1 c) H3 As afirmações corretas são: 28. (UEFS) a) b) c) d) e) apenas I apenas II II e III I e II Apenas III H (entalpia) Hp Hr 25. (UESC) A termoquímica estuda as trocas de energia que ocorrem nas transformações químicas e nas mudanças de estado físico das substancias. Considerem-se as reações termoquímicas de formação do PCl5(g) . 5 0 Cl2(g) PCl5(g) H1 = -398,8kJ 2 5 0 + Cl2(g) PCl5(g) H2 = -415,5kJ 2 P(ver) + P(Br) Com base nessa informação e nos conhecimentos sobre termoquímica e isotopia, pode-se afirmar: 01) fósforo vermelho e fósforo branco são isótopos 02) o fósforo branco é mais estável do que o fósforo vermelho 03) a transformação do fósforo vermelho em fósforo branco é exotérmica 04) a variação de entalpia na transformação do fósforo branco em fósforo vermelho é igual a – 16,7kJ/mol 05) a variação de entalpia, numa transformação química, independe do estado físico dos reagentes e dos produtos Produtos Reagentes A Caminho da reação Com relação ao gráfico, é correto afirmar: 01) a mede a energia absorvida pela reação 02) a reação é exotérmica 03) a reação poderia ser do tipo : A + B C + D, H = -57,5 kcal 04) representa a variação de energia a que se dá na queima de um combustível 05) se Hr for igual a 30 kcal e Hp igual a 70 kcal, a reação será exotérmica, com absorção de 40 kcal INSTRUÇÃO: Para responder a questão 29, identifique as afirmativas verdadeiras e marque, na folha de respostas, o número correspondente à alternativa correta, considerando o seguinte código: 01) apenas as afirmativas I e III são verdadeiras 02) apenas as afirmativas II, III e V são verdadeiras 03) apenas as afirmativas II, IV e V são verdadeiras 49 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS 04) apenas as afirmativas I, II, IV e V são verdadeiras 05) todas as afirmativas são verdadeiras 29. (UEFS) O gráfico abaixo representa a formação do PCl5 a partir do fósforo vermelho P(v) e do fósforo branco P(b) 0 C(g) + O2(g) - 110,6 H = - 99,6Kcal H = - 95,4Kcal - 393,5 CO(g) +1/2O2(g) CO2(g) H = - 282,9 P(V) + 5 Cl2(g) 2 H = - 393,5 H = - 110, 6 5 Cl2(g) 2 P(B) + 32. (UEFS) Entalpia(kJ) H 03) 2O3 + energia 3O2 04) 3O2(g) 2O3(g) H < 0 05) o valor de X é zero. PCl5(g) O diagrama mostra: A partir do gráfico, pode-se deduzir: I. o fósforo vermelho é termodinamicamente mais estável que o fósforo branco II. a reação com o fósforo branco libera mais energia III. o fósforo vermelho e o fósforo branco são formas alotrópicas do fósforo IV. o PCl5 obtido pelos dois processos tem as mesmas propriedades V. para se transformar um mol de P(v) em P(b), precisa-se fornecer 4,2 Kcal 30. (UEFS) H (Kcal) - 26 2H2(g) + CO(g) + 1,5O2(g) X CH3OH(l) + 1,5O2(g) H1 H2 = - 173Kcal H = - 204Kcal 01) 02) 03) 04) uma reação endotérmica uma aplicação da lei de Hess. a velocidade de uma reação química. uma reação em que a energia inicial é maior que a final. 05) a variação da entropia de uma reação. 33. (UEFS) Ligação C – C H = 337 kJ/mol Atomização do C (grafite) H = 717 kJ/mol Dissociação do H2 ( g ) H = 436 kJ/mol Formação do C2H6 (g) H = -85 kJ/mol A energia de ligação C – H no etano, nas mesmas condições dos dados acima, é: a) b) c) d) e) 42 kJ/mol – 42 kJ/mol 252 kJ/mol – 415 kJ/mol 415 kJ/mol - 230 CO2(g) + 2H2O(l) Analisando-se o gráfico de entalpia, pode-se afirmar: 01) a entalpia de formação do CH3OH é 31Kcal. 02) o H1 é igual a – 31Kcal 03) o valor de X é 50 04) o Hºf do CO2 é – 230Kcal 05) o Hºf H2O é - 230 Kcal 2 31. (UEFS) H O3(g) X O2(g) A partir do gráfico pode-se concluir: 01) o ozônio é mais estável. 02) a transformação de O2 em O3 é endotérmica 34. (UEFS) Combustível H combustão kJ/mol hidrogênio molecular - 242 álcool anidro - 1230 gasolina (composição média) - 5110 Um dos aspectos importantes na comparação entre combustíveis é o calor envolvido na queima. Com base nas informações da tabela acima e nos conhecimentos sobre termoquímica pode-se afirmar: 01) as reações de combustão são endotérmicas 02) o calor envolvido na queima de gasolina é 40800kJ/kg 03) durante a combustão de 1mol de álcool, são formados 132g de CO2. 04) o calor envolvido na queima de 1,0kg de 5 hidrogênio é 1,21.10 kJ 05) o combustível formado a partir da mistura de 80% de gasolina e 20% de álcool, em peso, libera mais calor do que a combustão da gasolina, C8H18 50 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS 04) FVFVF 05) FVVFV INSTRUÇÃO: Para responder a questão 35, identifique as afirmativas verdadeiras e marque, na folha de respostas, o número correspondente à alternativa correta, considerando o seguinte código: 01) 02) 03) 04) 05) apenas as afirmativas I e III são verdadeiras apenas as afirmativas II, III e V são verdadeiras apenas as afirmativas II, IV e V são verdadeiras apenas as afirmativas I, II, IV e V são verdadeiras todas as afirmativas são verdadeiras 1 B2(g) A2B(g) + 242 kJ 2 Considerando-se a equação termoquímica acima, em que os elementos estão representados pelas letras A e B, pode-se afirmar: 35. (UEFS) A2(g) + I. II. a reação é endotérmica a energia de ligação em A2 e em B2 é menor do que em A2B III. há liberação de 242 kJ por mol de A2B(g) formado. IV. a quantidade de energia 242 kJ independe da quantidade de A2B formada V. a reação pode ser usada para acionar um motor 36. (UCSal) Os “galos portugueses” detectores da umidade do ar ficam cor-de-rosa em tempo úmido e azuis em tempo seco. Isso porque estão impregnados com cloreto de colbato (II) hidratado, que ao perder água transforma-se em sal anidro: CoCl2.2H2O(sólido,rosa)CoCl2(sólido,azul)+2H2O(vapor) Essa transformação, no sentido representado, é a) endotérmica, pois há predominantemente ruptura de ligações b) endotérmica, pois há predominantemente formação de ligações c) isotérmica, pois há ruptura e formação de ligações d) exotérmica, pois há predominantemente formação de ligações e) exotérmica, pois há predominantemente ruptura de ligações 37. (UEFS) O veículo de um motorista de táxi consome 20 litros de álcool etílico por dia Sabendo que: calor de combustão do etanol = 7,2 kcal/g massa de1L de etanol = 790 g determine o número de calorias liberadas diariamente, considerando que a combustão desse combustível seja completa. 3 a) 1,4 x 10 kcal 4 b) 5,7 x 10 kcal 5 c) (C) 1,1 x 10 kcal 5 d) (D) 2,2 x 10 kcal 6 e) (E) 5,7 x 10 kcal Para responder as questões de 38 e 39, identifique com V as alternativas verdadeiras e com F as falsas. Em seguida marque o numero correspondente a alternativa que apresenta a seqüência correta, de cima para baixo, de acordo com seguinte código: 01) VVVVV 02) VVFVF 03) VFVVV Questões 38 e 39. A energia liberada numa combustão é utilizada para realizar trabalho. O motor de um automóvel queima álcool ou gasolina. CH3CH2OH + O2 CO2 + H2O + energia C9H20 + O2 CO2 + H2O + energia O homem necessita de energia para realizar suas funções vitais e trabalhar, usando, por exemplo, a queima de glicose. C6H12O6 + O2 CO2 + H2O + energia Quantidade de energia gasta por atividade Atividade Energia necessária(kcal/h) Dormir Escrever Caminhar Serrar madeira Ciclismo 70 95 270 470 240 Quantidade de energia liberada pelos alimentos Energia(cal/g) Alimento Maçã Bife Cerveja Leite 478,5 1913,8 358,8 717,7 Hfº kcal/mol Substância CH3CH2OH Gasolina (composição média) C9H20 C6H12O6 H2O(l) CO2 -66,4 -65,8 -300,4 -68,3 -94,1 38. (UEFS) Considerando-se as informações acima e a combustão total, quanto a energia dos combustíveis, pode-se afirmar: ( ) o calor liberado na queima de 1g de C9H20 é maior que em 1g de CH3CH2OH. ( ) a queima de 1g de etanol libera 6,0 Kcal. ( ) os açúcares são os principais combustíveis do homem. ( ) a queima de 1g de glicose corresponde a 0,53g de etanol. ( ) todas as queimas apresentadas são exotérmicas. 39. (UEFS) Comparando-se o poder calórico dos alimentos é correto afirmar: ( ) em duas horas de ciclismo, consome-se, o correspondente a 1Kg de maçãs. ( ) para serrar madeira durante 1 hora, consome-se aproximadamente, a energia correspondente a energia de 250g de bife. ( ) para três horas de caminhada, gasta-se, aproximadamente, a energia produzida por 1g de leite. ( ) um copo de cerveja (200g) fornece, 51 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS aproximadamente, energia para uma hora de sono. ( ) g de maçã fornece energia para duas horas de trabalho, serrando madeira. 40. (UEFS) Considere as equações: I. A(g) + B(g) C(g) + H2O(g) H = - X cal II. A(g) + B(g) C(g) + H2O(l) H = - Y cal III. A(g) + B(g) C(g) + H2O(s) H = - Z cal Com base nessas equações e nos conhecimentos sobre o assunto, pode-se afirmar: 01) I libera mais energia que II. 02) III libera mais energia que as demais. 03) A soma de II e III dará a energia de sublimação da água. 04) X, Y e Z tem o mesmo valor, pois os reagentes e os produtos são s mesmos. 05) O Calor da vaporização da água não pode ser calculado. Instruções: Para responder às questões de números 41 e 42 utilize dados da seguinte tabela: Transforma ção I II Equação 2H(g)+O(g)H2O(g) H2(g)+ III IV V 1 O2(g)H2O(g) 2 2H(g)H2(g) H2(g)+O2(g)H2O2(l) H2O(g)H2O(l) Hº(kJ/mol de produto) - 878 - 285 - 436 - 187 - 43 41. (UCSal) A energia necessária para romper 1 mol de ligações O – H quando comparada à energia necessária para romper ligações intermoleculares existentes em 1mol de água líquida é: a) a mesma b) cerca de dez vezes maior c) cerca de dez vezes menor d) cerca de vinte vezes maior e) cerca de vinte vezes menor 42. (UCSal) Quantos mols de dióxido de carbono serão produzidos pela queima total de 6 mols de ácido benzóico (C6H5COOH)? a) 6 b) 7 c) 36 d) 42 e) 48 43. (UCSal) Um mecanismo proposto para a decomposição do peróxido de hidrogênio (princípio ativo da água oxigenada vendida no comércio) é o seguinte: 2H2O2(l) 2H2O(l) + 2O(g) (etapa mais lenta) 2O(g) O2(g) (etapa rápida) reação global: 2H2O2(l) 2H2O(l) + O2(g) Para calcular o H da reação global utilizando a lei de Hess, devem ser utilizados os dados, invertido e/ou multiplicados, SOMENTE das transformações a) I e II b) I e III c) I, II e IV d) II, IV e V e) III, IV e V 44. (UNEB) O gás hidrogênio, H2, combustível de elevado poder calorífico – equivalente a 120802 kJ/kg – não polui o meio ambiente A equação termoquímica que representa sua combustão é 1 01) H2(g) + O2(g) H2O(l) + 120,802kJ 2 1 02) H2(g) + O2(g) H2O(g) + 241,604kJ 2 03) H2(g) + O2(g) H2O(g) + [O] + 60,401kJ 1 04) H2(g) + O2(g) + 120,802kJ H2O(g) 2 05) 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g) H = 241, 604kJ 45. (UFBA) Em relação aos aspectos energéticos envolvidos nas transformações químicas, pode-se afirmar: (01) o calor da reação C(d) + O2(g) CO2(g), a 25ºC e 1 atm, corresponde ao calor padrão de formação do dióxido de carbono (02) o calor da reação N2(g) + O2(g) 2NO(g), a 25ºC e 1 atm, corresponde ao calor padrão de formação do óxido nítrico (04) um sistema não adiabático que necessite de energia para se transformar fará o ambiente ao seu redor perder calor (08) a energia da ligação C – H, no metano, é igual a + 415,5kJ de acordo com a equação termoquímica C(g) + 4H(g) CH4(g) H = - 1662kJ (16) o valor de H de uma transformação depende exclusivamente dos estados físicos dos reagentes (32) uma transformação química, para poder ser utilizada como fonte energética, tem necessariamente H < 0 46. (UFBA) Respiração e fotossíntese são processos opostos de vital importância para os seres vivos. O processo de respiração pode ser representado por: C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + ENERGIA Com base nas informações acima pode-se afirmar: (01) respiração é uma reação de combustão. (02) na fotossíntese, as plantas usam dióxido de carbono do ar atmosférico para produzir açúcares entre outras substâncias. (04) a fotossíntese é uma reação de oxidação. (08) durante a respiração, um mol de oxigênio forma seis moles de dióxido de carbono. (16) a respiração é um processo exotérmico. 47. (UFBA) As reações químicas envolvem energia. Nos automóveis, a fonte de energia é a queima de certos compostos orgânicos. A tabela abaixo fornece os valores de calor padrão de combustão, a 25ºC, de alguns compostos orgânicos. 52 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS Composto Hºcombustão (Kcal.mol ) -1 01) CH3OH(l) - 173,6 C2H5OH(l) - 326,7 (02) - 1320,6 (04) C8H18(l) (08) Com base nessas informações e nos conhecimentos sobre reações químicas, pode-se afirmar: (01) a combustão da gasolina é uma reação química que libera energia (02) a combustão completa da gasolina produz dióxido de carbono, água e energia (04) a combustão completa de um mol de octano produz 16 moles de dióxido de carbono (08) o calor envolvido na combustão completa de 57g de octano é igual a – 660,3 Kcal (16) a combustão de um mol de metanol libera mais energia que e combustão de um mol de etanol (32) a equação CH3OH(l) + 3 O2(g) CO2(g) + 2H2O(l) 2 representa a combustão incompleta do metanol 48. (UFBA) C2H5OH(l) + 3O2(g) 2CO2(g) + 3H2O(g) A equação balanceada acima representa a reação do etanol com oxigênio, e a tabela abaixo representa os valores do calor padrão de formação de alguns compostos a 25ºC. Composto 50. (Rui Barbosa) Substância H Combustão, kJ.g Carvão antracito - 30,0 Carvão betuminoso - 28,0 Carvão linhito - 15,0 Metano (CH4) - 50,0 -1 Os valores dos H de combustão das substâncias podem ser comparados e fornecer as seguintes informações: (01) a combustão do metano fornece menos energia que a dos carvões. (02) a combustão de todas as substâncias são reações endotérmicas (04) gás carbônico e água são os produtos da combustão completa de todas as substâncias acima. (08) o metano é muito utilizado como combustível nos fogões domésticos a gás. (16) quanto maior a energia de ligação nas substâncias, maior será a energia produzida. Hºf (Kcal.mol ) -1 C2H5OH(l) - 66,4 CO2(g) - 94 ,1 H2O(l) (16) quando substâncias participam de reações químicas, a energia química pode ser convertida em outras formas de energia. uma reação química pode ser endotérmica ou exotérmica. o principio da conservação da energia, não se aplica a todas reações químicas. a energia química é resultante da diferença das energias entre produtos e reagentes reação exotérmica indica absorção de calor pelo ambiente GABARITO: - 57,8 Com base nessas informações, pode-se afirmar: (01) a equação acima representa a reação de combustão completa do etanol (02) a combustão completa do etanol, a 25ºC, libera 66,4Kcal/mol (04) se a densidade do etanol, a 25ºC, é de aproximadamente 0,8g/mL, a combustão completa de 115mL desse composto libera 590,4Kcal (08) se o calor padrão de combustão do metanol é – 173,6Kcal/mol, uma mistura combustível constituída por quantidades equimolares desse composto e de etanol apresenta maior calor de combustão que o etanol puro (16) se a reação indicada for realizada num sistema termicamente isolado, observar-se-á a elevação na temperatura do sistema 0 1 2 3 4 5 0 - 03 B 02 02 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A E 03 02 05 A 02 02 05 C A A B C D E C B D C D B 04 B E 01 05 02 04 E 04 02 A D 03 02 B C D 02 44 19 11 21 27 - 49. (Rui Barbosa) A energia química é uma forma de energia relacionada com a estrutura da substância química; sua quantidade é determinada, pelo tipo e arranjo dos átomos numa substância. Com base nessas informações, é correto afirmar: 53 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS 0 5 10 15 20 0 20,0 32,5 40,0 43,5 Qual a velocidade média de formação da amônia, nessa reação, no intervalo de 10 a 20 minutos? 02. A combustão do butano é representada pela equação abaixo. Se houver um consumo de 4 mols de CH4g) por minuto, qual a velocidade de formação de CO2(g) em mols por minuto? CONCEITO A Cinética química tem como objeto de estudo a velocidade das reações, os fatores que nela interferem, bem como a sequência de etapas pelas quais uma reação se processa. C4H10(g) + 13 O2(g) 4CO2(g) + 5H2O(g) 2 VELOCIDADE MÉDIA DE REAÇÃO (VM) Para calcularmos a velocidade média de uma reação, devemos tomar uma substância que participa da reação como referência e determinarmos a quantidade dessa substância que foi consumida ou produzida num certo intervalo de tempo. Assim, podemos definir a velocidade média de uma reação como sendo a quantidade de reagentes consumido ou de produto formado num intervalo de tempo t: Vm = X t Onde X pode ser expressa em massa, volume (no caso de gases), número de mols ou concentração. Obs1.: É importante notar que a velocidade da reação não é constante. Obs2.: Quando o problema pedir velocidade de formação de dado produto ou de desaparecimento de dado reagente, deve-se levar em conta os coeficientes estequiométricos da reação. AGORA É A SUA VEZ: 01. A reação de decomposição de iodidreto é representada pela equação química 2HI I2 + H2 O controle de concentração de iodidreto presente no sistema, em função do tempo, forneceu os seguintes dados: Iodidreto 1 (mol/L) Tempo 0 (min) 0,625 0,375 0,200 0,120 10 20 30 40 Calcule a velocidade média da reação no intervalo de 30 a 40min. TREINAMENTO DE SALA: 01. Em uma reação de formação da amônia (NH3(g)), observou-se a seguinte variação da molaridade de NH3(g) em função do tempo: Tempo (min.) Molaridade de NH3(g) 02. Considere a equação: 2NO2(g) + 4CO(g) N2(g) + 4CO2(g). 54 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS Admita que a formação do N2(g) tem uma velocidade média constante igual a 0,05mol/L.min. Qual a velocidade de formação do CO2(g) nas mesmas condições? TEORIA DAS COLISÕES H I H I Uma molécula H2 e uma molécula I2 se aproximam com bastante velocidade A seguir se chocam violentamente H I H I E, por fim, as duas moléculas produzidas (2HI) se afastam rapidamente Obs.: Quanto maior for o grau de subdivisão de um reagente sólido, maior será a sua superfície de contato; conseqüentemente, maior será a velocidade da reação na qual toma parte. TEMPERATURA Um aumento de temperatura provoca um aumento na energia cinética das moléculas, consequentemente aumenta a velocidade da reação. H2(g) + I2(g) 2HI(g) Para haver uma reação química é necessário que as espécies reagentes colidam entre si. Embora necessária, esta condição não é suficiente, visto que nem todas as colisões resultam em reação. As colisões para serem efetivas (aquelas que conduzem a formação do produto) necessitam de uma determinada quantidade de energia que provoque a “quebra” das ligações dos reagentes, levando a formação de novas ligações e, consequentemente outras espécies, os produtos. Maior energia cinética média das moléculas Maior número de colisões Maior temperatura A energia mínima necessária para que ocorram colisões efetivas é chamada ENERGIA DE ATIVAÇÃO (Ea). Maior velocidadede reação Obs.: LEI DE VAN’T HOFF Obs.: Quanto maior e energia de ativação, mais lenta será a reação. Uma elevação de 10ºC duplica a velocidade de uma reação química, para reações que se processam a baixas temperaturas FATORES QUE ALTERAM A VELOCIDADE DAS Ex: Para a reação A + B C + D que se processa com velocidade V a 20ºC. REAÇÕES NATUREZA DOS REAGENTES A velocidade de uma reação depende da quantidade de ligações a serem quebradas nos reagentes e da força dessas ligações. Quanto maior o número de ligações a serem rompidas ou quanto mais fortes elas forem, mais lenta a reação. Como regra geral, podemos dizer: Gases reagem mais rapidamente do que líquidos que, por sua vez reagem mais rapidamente que os sólidos. Reações iônicas são mais rápidas que reações que envolvam moléculas. SUPERFICIE DE CONTATO Quanto maior a superfície de contato entre os reagentes, maior a velocidade da reação. Um metal reduzido a pó (pulverizado) reage muito mais rapidamente com o ácido do que um pedaço desse mesmo metal. Maior superfície de contato Maior número de colisões Maior velocidadede reação 20ºC Velocidade V 40ºC Velocidade 30ºC Velocidade 50ºC Velocidade 60ºC Velocidade PRESSÃO O aumento da pressão aumenta a frequência de colisões e, portanto, a velocidade. Aumento da pressão Diminuição do volume Maior número de colisões Maior velocidade de reação 55 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS Obs.: A pressão só influi de maneira significativa na velocidade das reações quando pelo menos um dos reagentes estiver no estado gasoso. Obs3.: Substâncias no estado sólido não participam, pois sua concentração permanece constante. Obs4.: Quando uma reação se realiza em várias etapas, a velocidade da reação é determinada pela etapa mais lenta do processo. TREINAMENTO DE SALA: 01. O metal ferro reage com uma solução aquosa de HCl, originando gás hidrogênio e cloreto de ferro II. Assinale a alternativa que indica a reação mais rápida entre o fero e uma solução de HCl 1,0M: Fe(s) + 2HCl(aq) FeCl2(aq) + H2(g) a) um prego de ferro, a 25ºC b) um prego de ferro, a 40ºC c) ferro em pó, a 40 ºC d) ferro, a 25ºC e) essa reação não depende da superfície de contato ou da tempeatura TREINAMENTO DE SALA: 01. Escreva a equação da velocidade para as reações abaixo indicando a ordem: a) 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g) V= 02. Verifica-se que o tempo de preparo do ovo cozido em água é maior do que o ovo frito em óleo. Isto se deve a dois fatores que influem na rapidez das reações químicas: a) concentração e superfície de contato b) temperatura e concentração c) concentração e presença de catalisador (óleo) d) temperatura e superfície de contato e) temperatura e presença de catalisador (óleo) Ordem = b) Br2(aq) + 2Sn Maior velocidade de reação A influência dos reagentes na velocidade é expressa pela Lei da Ação das Massas ou Lei de Guldberg - Waage: Numa dada temperatura, a velocidade de uma reação é proporcional às concentrações molares dos reagentes elevadas a expoentes iguais aos seus coeficientes na equação química correspondente. Assim, dada a equação genérica: aA + bB cC + dD temos que: V = k[A]a [B]b Obs1.: Uma fórmula química entre colchetes [ ] representa a molaridade da referida substância. Obs2.: Os expoentes a e b da expressão de velocidade indicam a ordem da reação em relação a cada substância. 2Br - (aq) + 2Sn +4 (aq) Ordem = c) O3 + NO2 O2 + NO3 (etapa lenta) NO3 + NO2 N2O5 (etapa rápida) V= d) Ordem = K2O(s) + CO2(g) K2CO3(s) V= Assim: Maior frequência das colisões (aq) V= CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES Quando aumentamos a concentração dos reagentes (aumentamos o número de moles por unidade de volume), a probabilidade de choques entre as moléculas é maior, logo, a velocidade da reação também aumenta. Maior concentração dos reagentes +2 Ordem = 02. A tabela que segue indica os valores das velocidades de reação e as correspondentes molaridades dos reagentes em idênticas condições, para o processo químico representado pela equação: 3X + 2Y Z + 5W -1 -1 v(mol/L .min ) [X] [Y] 10 5 10 40 10 10 40 10 20 A equação da velocidade desse processo é: 3 2 a) v = k[X] [Y] 2 2 b) v = k[X] [Y] 2 c) v = k[Y] 2 d) v = k[X] 2 3 e) v = k[X] [Y] AGORA É A SUA VEZ: 01. Escreva a equação da velocidade para as reações abaixo indicando a ordem.: a) 3H2(g) + N2(g) 2NH3(g) V= Ordem = 56 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS b) I2(aq) + 2Pb +2 (aq) 2I (aq) + 2Pb +4 (aq) Ea V= Hp Ordem = c) 2NO2 NO + NO3 (etapa lenta) NO3 + CO NO2 + CO2 (etapa rápida) H Hr Caminho da reação V= Ordem = Reação Exotérmica d) BaO(s) + CO2(g) BaCO3(s) Entalpia V= Complexo ativado Ordem = Ea 02. A tabela abaixo mostra as velocidades iniciais da reação em função das concentrações dos reagentes A e B. Veja: -1 -1 v(mol/L .min ) [A] [B] 0,3 0,1 0,1 0,6 0,2 0,1 2,4 0,2 0,2 A lei da velocidade da reação é: Hr H Hp Caminho da reação a) v = k[A][B] 2 b) v = k[A][B] 2 c) v = k[A] [B] 2 2 d) v = k[A] [B] e) v = k Note que esses gráficos são semelhantes aos vistos no capitulo “termoquímica”, com a diferença de que eles representam também, a formação do complexo ativado. CATALISADORES O catalisador é uma substância que aumenta velocidade de uma reação, sem ser consumido durante o processo (massa do catalisador permanece constante). O catalisador ativa de modo a propiciar à reação um novo mecanismo com energia de ativação menor. TREINAMENTO DE SALA: 01. Responda as perguntas de acordo com o gráfico abaixo Assim: Catalisador diminui a Ea Entalpia (kJ) Maior número de colisões efetivas Maior velocidade de reação Obs1: Catálise é o nome dado ao aumento da velocidade provocada pelo catalisador. Obs1: As enzimas são catalisadores que atuam nos organismos vivos. Obs1: Há substâncias que retardam a velocidade de uma reação: são os inibidores, que atuam aumentando a energia de ativação a reação. A representação gráfica de uma reação envolvendo a energia de ativação (Ea) pode ser de dois tipos: Reação Endotérmica Entalpia 80 75 60 20 Caminho da reação a) Qual o valor do complexo ativado? b) Qual o valor do H? c) Qual o valor da energia de ativação sem catalisador? d) Qual o valor da energia de ativação com catalisador? 57 Complexo ativado VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS AGORA É A SUA VEZ: 01. Analise o gráfico abaixo e assinale a opção FALSA Entalpia I II X Y M+N (REAGENTES) Z P+Q (PRODUTOS) Caminho da reação a) b) c) d) e) X representa a energia de ativação a reação direta não catalisada Y representa a energia de ativação da reação direta catalisada Z representa o calor liberado da reação exotérmica A velocidade da reação representada pela curva I é menor que a representada pela curva II O calor de reação correspondente à curva II é menor que o correspondente à curva I. A energia de ativação Para que uma reação química possa ocorrer é necessário que os reagentes recebam certa quantidade de energia, chamada energia de ativação (Ea). A quantidade, assim como a forma de Ea, varia de uma reação para a outra. Em um grande numero de situações, ela é fornecida aos reagentes através de um aquecimento; porém, pode ser de outros tipos. A reação entre os gases nitrogênio (N2) e oxigênio (O2), componentes do ar, por exemplo, não ocorre em condições ambientes, embora exista um grande número de choques entre suas moléculas. A reação entre esses gases ocorre na atmosfera apenas quando associada a descarga elétrica dos relâmpagos, em dias chuvosos, e também no interior dos motores de explosões internas, quando a vela do automóvel libera uma faísca elétrica. Nesses casos, a Ea é fornecida pelas faíscas. A Ea necessária para a combustão do gás contido num isqueiro também é proveniente de uma faísca. A faísca ainda é usada para fornecer a Ea a um dispositivo usado em carros para proteger os motoristas, o airbag. Esse dispositivo é inflado pelo gás nitrogênio (N 2) produzido numa reação praticamente instantânea que ocorre entre o nitreto de sódio e o óxido de ferro III: 6NaN3 + Fe2O3 3Na2O + 2Fe + 9N2 Já os fósforos que usamos diariamente só entram em combustão quando atritados; nesse caso, a Ea é obtida a partir do atrito. Em algumas situações, a luz pode fornecer a Ea. É o caso, por exemplo, da água oxigenada (H 2O2(aq)), que deve ser guardadas em frascos não-transparentes (opacos), pois a luz pode provocar a sua decomposição. Tanto nas balas de armas de fogo quanto nos obuses de uso militar, a combustão do propelente é iniciado pela 58 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS explosão do detonador. Um dos detonadores mais usados é o fulminato de mercúrio, cuja explosão é conseguida a partir de um choque elétrico, que fornece a Ea necessária. Crise no setor de energia O texto a seguir, publicado na revista Superinteressante, ano 15, nº. 16, de junho de 2001, apresenta algumas propostas que podem evitar que a crise de energia se agrave no futuro. Acompanhe. "Se a produção de eletricidade no Brasil está em crise, não é por falta de opções tecnológicas. Inúmeros meios viáveis de gerar eletricidade têm sido ignorados ou mal aproveitados”. Nesse pacote tecnológico de ponta estão, entre outras, a energia do vento (ou eólica), a solar e a da biomassa, ou seja, a produção de eletricidade pela queima de matériaprima vegetal como o bagaço de cana ou o óleo de dendê. Nenhum desses recursos representa uma solução mágica e, assim como as fontes de energia tradicionais,também têm suas vantagens e desvantagens. Mas poderiam complementar e ampliar a produção de energia no Brasil, onde mais de 90% da eletricidade consumida ainda vem de hidroelétricas. Deu no que deu: a escassez de chuva terminou em tarifaços de surpresa e ameaça de apagões. 'Se tivéssemos diversificado nossas fontes energéticas, não estaríamos hoje nessa situação', diz o engenheiro Célio Bermann, do Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São Paulo. Ele cita o exemplo da energia solar, cuja importância é fácil de perceber num país tão ensolarado quanto o Brasil. Bermann ilustra o argumento com um cálculo hipotético. Segundo ele, toda a eletricidade consumida atualmente no país - 330 bilhões de quilowatt/hora (kWh) ao ano - poderia ser gerada por uma única usina solar que ocuparia o espaço hoje tomado pelo lago da hidroelétrica de Itaipu, cuja área é de 1350 quilômetros quadrados. Isso dá uma ideia do potencial energético brasileiro. Apesar disso, estamos aproveitando do Sol apenas 52 milhões de kWh/ ano, 6 000 vezes menos que o consumo total do país. A biomassa é outro recurso crucial por ser extremamente abundante no Brasil. 'Somente o bagaço de cana nos daria um potencial de 26 bilhões de kWh/ ano'. Diz Bermann. 'Mas estamos gerando, atualmente, apenas dez bilhões. ' Isso para não falar no biodiesel. óleo combustível extraído de vegetais como o dendê, que também poderia ser queimado para gerar eletricidade. Quanto ao vento, segundo Bermann, a tecnologia eólica disponível poderia dar ao Brasil 250 bilhões de kWh/ ano, 75% do consumo total do país, mas ela nos dá efetivamente apenas 150 milhões de kWh/ ano, 1500 vezes menos do que seria possível. Outro recurso mal-aproveitado são as pequenas centrais hidroelétricas, instaladas em rios modestos e riachos para suprir as áreas vizinhas. 'Na minha opinião, é uma forma mais racional de produzir eletricidade do que fazer grandes e caras centrais como Itaipu', afirma Bermann. Nossa capacidade de tirar energia dos pequenos rios é da ordem de 85 bilhões de kWh/ ano, mas estamos aproveitando somente 7 bilhões de kWh/ ano. Esse leque de tecnologias teria deixado o país com muito mais flexibilidade para enfrentar a crise atual. Em ano que não chovesse como este, poderíamos contar com a energia solar, por exemplo. A falta de opções, em vez disso, tende a aumentar o erro básico do governo de não ter ampliado a produção de energia para acompanhar o crescimento da economia nos últimos anos. Para compensar o descompasso, as hidrelétricas gastaram a água que deveria ficar armazenada para enfrentar situações como a da seca atual, a pior dos últimos 70 anos. Diante disso. os problemas estão apenas começando: como as chuvas terminaram em março, os reservatórios deveriam estar a plena carga para enfrentar a relativa falta de água dos próximos meses. Como eles estão muito longe disso - um pouco: acima da marca crítica, de 10% da capacidade total -, podemos chegar às vésperas do próximo período de chuvas, em novembro, com saudade dos apagões de junho. Vários fatores influem na hora de optar por uma forma de gerar energia. Os principais são o custo de construção da usina e os gastos para mantê-Ia operando. O impacto ambiental também tem que ser considerado. Outro dado é o tempo real de operação, que mede a porcentagem do tempo em que a central efetivamente produz energia, descontadas interrupções causadas, por exemplo, pela falta de gás, de chuva ou de sol." Outra falha de nossos governantes foi não terem previsto e efetivado a construção de linhas de transmissão de energia que pudessem levar a energia elétrica de estados que a possuem em abundância, como o Rio Grande do Sul, para estados em que a demanda é bem maior do que a oferta, como São Paulo. Tal providência poderia ter evitado uma série de prejuízos e transtornos para a população em geral. Há muito que os governantes vinham sendo alertados para a possibilidade de uma crise energética. Optaram por investir em outros setores e jogar com a sorte de que choveria sempre que necessário. Não choveu. Azar o nosso. A tabela abaixo mostra dados que indicam as vantagens e as desvantagens das diversas formas de gerar eletricidade. Usina (tipo de energia) Hidrelétrica Eólica Solar Custo de construção (US$/kWh) De 1000 a 1500 De 1100 a 2300 De 2500 a 5000 Custo de operação (US$/kWh) De 25 a 45 De 45 a 65 De 45 a 65 Impacto ambiental Destruição dos ecossistemas, bloqueio nos rios Praticament e nenhum Insignificante Tempo real de produção De 50% a 65% 25% 15% Poluição do ar, aqueciAcima De 400 a 600 De 50 a 80 mento do de 80% planeta Poluição do TermoDe 800 a ar, aqueciAcima elétrica De 50 a 65 1000 mento glode 80% a carvão bal Risco de acidentes De 40% Nuclear 3000 70 graves, lixo a 50% atômico Confira agora algumas curiosidades sobre os termos grifados no texto: Tales de Mileto (625 a.C.-546 a.C) descobriu que rn pedaço de âmbar, ao ser esfregado com um pedaço de lã, atrai objetos leves, como hastes de palha ou fios de cabelo. Dois mil anos mais tarde esse fenômeno foi chaado de 59 Termoelétrica a gás VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS eletricidade, nome que deriva da palavra grega eIektron, que significa âmbar. O Sol é responsável pelos ventos, pelas nuvens epela chuva. Graças à energia solar, a água evapora e as plantas crescem, transformando a energia luminosa em energia química. Essa energia química fica acumulada na biomassa e no carvão que utilizamos como combustível. Também, ao nos alimentarmos de plantas, estamos recuperando parte da energia solar. O deus do vento na Grécia antiga era chamado Éolo, por isso, a energia do vento denomina-se energia eólica. Para captar essetipo de energia, utilizam-se eólias, que são hélices presas a um pilar por um eixo, semelhantes a moinhos. As eólias começam a girar a partir de ventos com velocidade de 3 metros por segundo (m/s) e só são produtivas com ventos de velocidade máxima de até 10 m/s. Interatividade Química Vol. Único-Martha Reis Ed. FTD pág 12. 5ª Ed. 2004 Algumas reações que ocorrem nos conversores cataliticos são: 2CO(g) + 2NO(g) + N2(g) 2CO(g) + O2(g) 2CO2(g) 2NO N2(g) + O2(g) Química Série Brasil Vol. Único-Sardella e Falcone Ed. Ática pág 302. 1ª Ed. 2005 O vaga-lume e o catalisador O fenômeno de alguns seres vivos, como o vaga-lume, produzirem luz visível é chamado de bioluminescência. A luz é produzida por meio de uma transformação química (oxidação) que ocorre no organismo do inseto. Toda a energia liberada nesse processo é na forma de luz; daí ela ser chamada de luz fria (não há liberação de calor). O vaga-lume usa essa luz para se defender dos predadores, para atrair presas e para se comunicar sexualmente. Dependendo do tipo de vaga-lume, a luz pode ser emitida do tórax ou da parte posterior do corpo, pode ser de cor diferente, ser pisca-pisca ou contínua. As espécies químicas participantes da transformação que produz essa luz são: Reações catalíticas e a camada de ozônio Os CFCs (gases clorofluorcarbonetos) e os halônios (substâncias de carbono e cloro, que também contêm bromo), ao atingirem altitudes superiores à da camada de ozônio (entre 15e 30 km, dependendo da latitude), são decompostos (fotolizados) pela radiação ultravioleta, liberando átomos de cloro, flúor e bromo. Os átomos de cloro liberados podem participar em ciclos de reações catalíticas que destroem ozônio, como: Cl + O3 CIO + O2 CIO + O Cl + O2 Resultado líquido: O3 + O 2O2 Como nesse ciclo o átomo de cloro inicial atacante do ozônio é regenerado, ele pode destruir centena, de milhares de moléculas de ozônio (um poder destrutível terrível). Esse ciclo do monóxido de cloro (CIO) só pode ocorrer em grandes altitudes, onde existe uma quantidade suficiente de átomos isolados de oxigênio para permitir que a segunda reação do ciclo ocorra. Há dados suficientes mostrando que pequenas quantidades de ozônio vêm sendo destruídas por esse tipo de mecanismo em altitudes em torno de 40 km. (Adaptado de: ROCHA-FILHO, Romeu C. Quimica Nova na Escola, n. 2, novo 1995). Conversor catalítico Os conversores catalíticos são dispositivos antipoluição existentes na maioria dos carros produzidos recentemente no Brasil. Eles são constituídos por uma cerâmica em formato de "colméia", impregnada dos catalisadores ródio e platina, para motores a gasolina, e paládio e molibdênio, para motores a álcool. Os catalisadores adsorvem as moléculas dos gases poluentes e facilitam a formação do complexo ativado. Com isso, aceleram a oxidação de CO e hidrocarbonetos ou a decomposição dos óxidos de nitrogênio. Trata-se de uma catálise heterogênea, pois os poluentes são gasosos e os catalisadores são sólidos pulverizados. luciferina - combustível produzido pelo inseto; oxigênio - comburente retirado do ar na respiração; luciferase - enzima que acelera a oxidação; adenosina trifosfato (ATP) - molécula existente em todos os seres vivos e que libera energia para iniciar a oxidação. Já é possível produzir essas substâncias em laboratório e estão se desenvolvendo técnicas para criar lanternas que funcionem sem pilhas, para medir a quantidade de hormônios e para detectar a presença do vírus da imunodeficiência humana (HIV). (Adaptado de: Re-Ação, São Paulo, Instituto de Química USP, n. 22, mar. 1999). Química Série Brasil Vol. Único-Sardella e Falcone Ed. Ática pág 302. 1ª Ed. 2005 VESTIBULARES DA BAHIA: 01. (UEFS) A amônia é produzida industrialmente a partir do gás nitrogênio (N2) e do gás hidrogênio (H2) , segundo a equação: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) -1 Dado: Massa Molar do H2 = 2,0 g.mol Numa determinada experiência, a velocidade média de consumo de gás hidrogênio foi de 120 gramas por minuto. A velocidade de formação do gás amônia, nessa experiência, em número de mols por minuto será de: a) b) c) d) e) 10 20 40 50 60 INSTRUÇÃO: Para responder a questão 02, identifique as afirmativas verdadeiras e marque, na folha de respostas, o número correspondente à alternativa correta, considerando o seguinte código: 60 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS 01) 02) 03) 04) 05) apenas as afirmativas I, II e IV são verdadeiras apenas as afirmativas I, III e V são verdadeiras apenas as afirmativas III, IV e V são verdadeiras apenas as afirmativas I, II, III e IV são verdadeiras apenas as afirmativas II, III, IV e V são verdadeiras 02. (UEFS) As reações químicas só acontecem quando ocorrem colisões entre as moléculas, desde que essas colisões envolvam uma certa quantidade de energia. Com base nos conhecimentos da termoquímica e da cinética química, pode-se afirmar: I. um aumento de temperatura não modifica a proporção de moléculas que possuem a energia de ativação. II. em uma dada temperatura, coexistem moléculas com energia acima e abaixo da energia de ativação III. um catalisador acelera a velocidade de uma reação química, porque baixa a energia de ativação IV. as moléculas só reagem quando possuem uma energia igual ou superior a energia de ativação V. as colisões que ocorrem com as moléculas que possuem energia igual ou superior a energia de ativação denominam-se colisões efetivas 03. (UCSal) A velocidade de uma reação química é influenciada pela I. presença de catalisador. II. temperatura. III. superfície de contato entre os reagentes. Dessas afirmações, a) b) c) d) e) apenas I é correta. apenas II é correta. apenas III é correta. apenas I e II são corretas. I, II e III são corretas. 04. (UCSal) Hidróxido de potássio é utilizado para saponificar gorduras obtendo-se então sabões e glicerol. A velocidade de saponificação será mais rápida quando se utiliza o hidróxido de potássio a) dissolvido no próprio glicerol, em concentração b) sólido, em pó c) sólido, em escamas d) sólido, em pastilhas e) dissolvido em água, em alta concentração baixa 05. (UCSal) Verifica-se que o tempo de preparo do ovo cozido em água é maior do que o do ovo frito em óleo. Isto se deve a dois fatores que influem na rapidez das reações químicas: a) b) c) d) e) concentração e superfície de contato temperatura e concentração concentração e presença de catalisador (o óleo) temperatura e superfície de contato temperatura e presença de catalisador (o óleo) 06. (UCSal) O chamado triângulo do fogo indica, em seus vértices, os requisitos necessários para que um incêndio seja iniciado. combustível calor oxigênio Sendo assim, uma única ponta da cigarra aceso pode provocar o incêndio de uma grande área de vegetação. A propagação do incêndio será mais rápida se. I. houver vento II. o ar estiver úmido III. a superfície do solo for rica em húmus IV. o dia estiver frio É correto afirmar SOMENTE: a) b) c) d) e) I e II I e III II e III II e IV III e IV Instruções: Para responder a questão 07 considere o trecho que segue, extraído da obra "DA TERRA À LUA - AO REDOR DA LUA" de Júlio Verne. ". . . Assim, um litro de pólvora pesa cerca de duas libras (900g), e ao se inflamar, produz quatrocentos litros de gases; os gases liberados e sob a ação de uma temperatura que alcança dois mil e quatrocentos graus, ocupam um espaço de quatro mil litros. O volume da pólvora está, portanto, para o volume de gases produzidos por sua deflagração como um está para quatro mil. Assim, podemos compreender o terrível impulso desses gases quando comprimidos num espaço quatro mil vezes mais apertado." 07. (UCSal) Para que possa haver explosão da pólvora, ela deve receber inicialmente certa quantidade de energia. Com isso, moléculas constituintes da pólvora adquirem energia cinética suficiente para a) b) c) d) elevar a temperatura da pólvora a 2400°C. elevar a energia de ativação da transformação. catalisar a explosão. realizar a expansão de 400L a 4000L dos gases formados. e) formar o complexo ativado que originará os produtos. 08. (UESC) É dada a equação química balanceada: A + 3B D + E Estudos cinéticos a uma dada temperatura indicaram que a reação é de primeira ordem tanto em relação a A quanto em relação a B . Com base nesta afirmação assinale a alternativa incorreta. a) Há erro nas determinações experimentais, pois os coeficientes obtidos são diferentes dos coeficientes da equação química balanceada b) A velocidade da reação v = kxAxB, onde k representa a constante de velocidade 61 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS 12. (UEFS) Os gráficos abaixo representam reações distintas, entre diferentes gases diatômicos, levadas a efeito à mesma pressão e temperatura. 09. (UEFS) A ilustração abaixo representa chaminés de fábricas distintas SO3(g N2(g) II Energia I Energia c) Se a concentração de A for duplicada, mantendose constantes temperatura e concentração de B, a velocidade da reação duplicará d) A adição de um catalisador ao sistema aumenta a velocidade da reação, pois fornece um caminho alternativo de reação com menor energia de ativação e) Um aumento da temperatura provoca um aumento na velocidade da reação, pois um maior número de moléculas adquire energia igual ou superior a energia de ativação A+B C+D S+T V+U III CO(g) I II III IV Energia H2O(g) X+Y O efeito poluente dos gases expelidos pelas chaminés é, provavelmente, sentido com maior intensidade pelas populações vizinhas, quando ocorre: a) vento forte sobre a chaminé III b) sol forte sobre a chaminé IV c) combinação dos gases das chaminés I e II d) combinação dos gases das chaminés II e III e) combinação dos gases das chaminés II e IV 10. (UCSal) O uso de catalisador em uma transformação química tem como função I. torná-la mais rápida II. aumentar a quantidade de produto obtida a partir de uma determinada quantidade de reagente III. fazer com que ela ocorra por mecanismo que envolva menor energia de ativação Dessas afirmações SOMENTE a) I e III são corretas b) I e II são corretas c) III é correta d) II é correta e) I é correta Z+W As velocidades das reações I, II, III estão na seguinte ordem: a) b) c) d) e) III > II > I III > II = I I > II > III I > II = III I = II = III 13. (UEFS) O gráfico cuja linha pontilhada representa a ação de um catalisador, num processo exotérmico, é: R R P P (A) (B) P 11. (UEFS) R Energia (Kcal/mol) R P Reagentes (C) (D) P Produtos Caminho da reação A reação representada no gráfico acima é: a) endotérmica, com catalisador b) exotérmica, com energia de ativação c) exotérmica, sem energia de ativação d) endotérmica, com energia de ativação e) endotérmica, sem energia de ativação R (E) 14. (UEFS) P 62 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V Energia VILAS C+D A+B X+Y Z+W a) b) c) d) e) Sentido da reação No gráfico acima, o segmento PQ representa a) b) c) d) e) entalpia de reação entropia de reação calor de reação energia de reação energia de ativação INSTRUÇÃO: Para responder a questão 17, identifique as afirmativas verdadeiras e marque, na folha de respostas, o número correspondente à alternativa correta, considerando o seguinte código: INSTRUÇÃO: Responda a questão 15 de acordo com o seguinte código: I II III IV V apenas a afirmativa I é verdadeira apenas a afirmativa II é verdadeira apenas aa afirmativas I e III são verdadeiras apenas as afirmativas II e III são verdadeiras as afirmativas I, II e III são verdadeiras. 15. (UEFS) O gráfico abaixo representa um processo termoquímico: Kcal/mol 80 60 P 40 20 10 kcal 20 kcal 30 kcal (D) 50 kcal (E) 90 kcal 01) 02) 03) 04) 05) apenas as afirmativas I e III são verdadeiras apenas as afirmativas II, III e V são verdadeiras apenas as afirmativas II, IV e V são verdadeiras apenas as afirmativas I, II, IV e V são verdadeiras todas as afirmativas são verdadeiras 17. (UEFS) A poluição nas grandes cidades tem como uma das principais causas as descargas provenientes dos motores dos automóveis. São resíduos de combustão incompleta (hidrocarbonetos, aldeídos, monóxido de carbono e outros) e também NOx proveniente da oxidação do N2 ao ar. Para evitar essa poluição, algumas montadoras de automóveis já apresentam em seus modelos os conversores catalíticos (conhecidos como catalisadores) adaptados ao tubo de descarga. Catalisador sólido com elevada superfície de contato z+w R X+Y caminho da reação I – a energia de ativação da reação catalisada é 60 kcal/mol II – o uso de catalisador, no processo, representa uma diminuição do consumo de aproximadamente 20 kcal/mol III – o processo é endotérmico. CxHy, NOx CxHzO, CO, C(s) Com relação á função do conversor catalítico, é correto afirmar: I. 16. (UEFS) A energia de ativação da reação A + B C + D quando feita em catalisador vale: o conversor catalítico aumenta a potência do automóvel II. a função dos catalisadores é diminuir a energia de ativação das reações III. o conversor catalítico diminui os causadores da chuva ácida IV. o conversor catalítico retarda a saída dos gases, por isso diminui a poluição V. os conversores catalíticos devem promover reações que produzem N2 , O2 , CO2 e H2O. 18. (UESC) Em uma reação química: 90 60 50 63 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS a) a velocidade é diretamente proporcional ao número de reagentes b) o complexo ativado é um composto estável c) o número de colisões por segundo não depende da velocidade d) o catalisador faz baixar a energia do complexo ativado e) o catalisador aumenta o número de produtos 19. (UNEB) Energia (Kcal) 88 32 01) o conteúdo de calor dos produtos é maior que o dos reagentes 02) a energia de ativação é 58kcal 03) a energia do complexo ativado é 15kcal 04) a reação é endotérmica 05) a entalpia da reação é –32kcal 20. (UESC) Considerando-se a queima total, ao ar livre, de1kg de carvão em pó e de 1kg de carvão em pedaços, nas mesmas condições de temperatura e pressão, observa-se que: 01) o carvão em pedaços queimará mais rapidamente 02) o carvão em pó produzirá maior quantidade de energia 03) os produtos da combustão serão diferentes 04) o carvão sofrerá oxidação, em ambos os casos 05) a variação da entalpia será positiva, em ambos os casos A+B 0 AB GABARITO: caminho da reação O diagrama acima indica a propagação de uma reação química entre A e B para produzir AB. 0 1 2 0 - 1 C A B 04 - 2 3 4 5 6 03 E A B - E E - D E - B B A 50 03 D - 7 8 9 B 05 - Com base nesse diagrama e nos conhecimentos sobre a energética das reações químicas, pode-se afirmar: QUESTÕES ABERTAS E DISCURSIVAS SOBRE TERMOQUÍMICA E CINÉTICA QUÍMICA 64 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS 65 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS 66 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS 67 VESTIBULAR QUÍMICA Módulo V VILAS 68
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