RESUMOS 3º ANO

3º BIMESTRE FUNÇÕES ORGÂNICAS OXIGENADAS

Os grupos funcionais oxigenados estão presentes numa infinidade de compostos de grande importância biológica, como por exemplo: nos açúcares, no amido dos cereais, nos óleos dos vegetais e na gordura dos animais. Presente também nas bebidas alcoólicas, essências, perfumes, plásticos, fibras têxteis sintéticas, produtos de limpeza e produtos para automóveis (álcool, glicerina e etilenoglicol).

As funções oxigenadas são compostos ternários de Carbono, Hidrogênio e Oxigênio. Entre elas estão os álcoois, enóis, fenóis, aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos, éteres e derivados dos ácidos carboxílicos. Elas representam uma família enorme e muito diversificada de compostos orgânicos. Isto acontece porque, depois do Carbono e do Hidrogênio, o Oxigênio é o elemento químico de maior presença nos compostos orgânicos.

ÁLCOOIS (R–OH)

São compostos orgânicos com o grupo funcional –OH (hidroxila ou oxidrila) ligado a carbono saturado (possui apenas ligações simples).

Os álcoois estão presentes nas bebidas alcoólicas, como combustível para automóveis, como solvente na produção de loções, gel, perfumes e desodorantes, nas limpezas domésticas. Fazem parte também dos álcoois, a glicerina presente em sabões, cosméticos, aditivos alimentares  (panetone), usada nos pneus de carros, o etilenoglicol usado como aditivo para carros (anticongelante de radiadores), os açúcares, como sacarose, glicose, frutose, lactose, maltose, o amido presente na batata, milho, trigo, a celulose (papel), nos óleos e gorduras.

CLASSIFICAÇÃO DOS ÁLCOOIS

- QUANTO AO NÚMERO DE HIDROXILAS:

• Monoálcool ou monol: possui apenas 1 OH;

• Diálcool ou diol: possui 2 OH;

(etilenoglicol - aditivo para radiadores de carros)

• Triálcool ou triol: possui 3 OH.

(glicerina ou glicerol)

Os álcoois apresentam normalmente um grupo OH (hidroxila) por carbono.

- QUANTO AO TIPO DE CARBONO:

• Álcool primário: ligado a carbono primário;

• Álcool secundário: ligado a carbono secundário;

• Álcool terciário: ligado a carbono terciário.

 NOMENCLATURA

PREFIXO + INFIXO + OL

metanol

etanol

propan-2-ol

4-metil-pentan-2-ol

3,3-dimetil-butan-1-ol

3-metil-ciclo-hexan-1-ol

butano-1,3-diol

3-metil-but-3-en-1-ol

ENÓIS (R–OH)

São compostos orgânicos com o grupo funcional –OH (hidroxila ou oxidrila) ligado a carbono insaturado (possui ligação dupla). Os enóis são muito instáveis, ou seja, não existem isolados e sim em uma mistura com um aldeído (equilíbrio aldo-enólico) ou com uma cetona (equilíbrio ceto-enólico).

 FENÓIS OU HIDROXIBENZENOS (Ar–OH)

São compostos orgânicos com o grupo funcional –OH (hidroxila ou oxidrila) ligado a anel aromático.

Os Fenóis são usados na fabricação de plásticos, corantes, perfumes, explosivos, desinfetantes como a creolina (solução aquosa, alcalina, da mistura de cresóis) e o lisol (emulsão de cresóis em sabão). Na natureza existem também vários compostos que apresentam o grupo –OH, característicos dos fenóis como o eugenol (essência de cravo da índia, usado como anti séptico bucal), a vanilina (essência de baunilha, usada na fabricação de doces e sorvetes) e o timol (essência de tomilho).

CLASSIFICAÇÃO DOS FENÓIS

- QUANTO AO NÚMERO DE HIDROXILAS:

• Monofenol: possui apenas 1 OH;

• Difenol: possui 2 OH;

• Trifenol: possui 3 OH.

NOMENCLATURA

RAMIFICAÇÃO + BENZENOL (oficial)

benzenol (fenol ou hidroxi-benzeno)

3-metil-benzenol (3-metil-fenol ou 3-metil-hidroxi-benzeno)

benzeno-1,2-diol (2-hidroxi-fenol ou 1,2-dihidroxi-benzeno)

benzeno-1,2,4-triol (2,4-dihidroxi-fenol ou 1,2,4-trihidroxi-benzeno)

ALDEÍDOS (R–CHO ou Ar–CHO)

São compostos orgânicos com o grupo funcional aldoxila ou formilaligado a carbono primário de cadeia aberta, alicíclica ou anel aromático.

Os aldeídos estão presentes na emissão dos poluentes dos automóveis à álcool e quando o organismo metaboliza o álcool; no formol para conservação de tecidos e cadáveres; nos odores característicos da amêndoa, da canela e do limão.

NOMENCLATURA

PREFIXO + INFIXO + AL

metanal

etanal

3-metil-butanal

CETONAS (R–CO–R₁ , Ar–CO–Ar₁ ou R–CO–Ar)

São compostos orgânicos com o grupo funcional carbonila
ligado a carbono secundário de cadeia aberta, alicíclica ou anel aromático.

As cetonas estão presentes na acetona e aparece também em compostos naturais, como essências e perfumes, extraídos de vegetais e animais como a essência de jasmim.

NOMENCLATURA

PREFIXO + INFIXO + ONA

propanona

butanona

pentan-2-ona

2-metil-ciclo-hexanona

ÁCIDOS CARBOXÍLICOS (R–COOH ou Ar–COOH)

São compostos orgânicos com o grupo funcional carboxila

ligado a carbono primário de cadeia aberta, alicíclica ou anel aromático.

Os ácidos carboxílicos estão presentes no vinagre, no veneno das formigas e em diversos tipos de odores como o cheiro de manteiga rançosa, queijo roquefort, cheiro característico dos animais, cheiro do suor e sebo das pessoas.

NOMENCLATURA

ÁCIDO + PREFIXO + INFIXO + OICO

ácido etanoico

ácido  propanoico

ácido 3-metil-butanoico

OUTRAS FORMAS DE NOMENCLATURAS PARA ÁCIDOS CARBOXÍLICOS, ALDEÍDOS, ÁLCOOIS E CETONAS

Para os ácidos carboxílicos e aldeídos utilizam-se os seguintes prefixos referentes a 1, 2 3 e 4 carbonos.

1 Carbono - form                                                           2 Carbonos - acet

3 Carbonos - propion                                                   4 Carbonos - butir

ÁCIDOS CARBOXÍLICOS

ÁCIDO + PREFIXO + ICO

ácido fórmico (presente no veneno das formigas)

ácido acético (responsável pelo aroma e sabor do vinagre)

ácido  propiônico (presente na gordura de animais)

ácido butírico (odor da manteiga rançosa)

ALDEÍDOS

PREFIXO + ALDEÍDO

formaldeído (formol)

acetaldeído

propionaldeído

butiraldeído

ÁLCOOIS

ÁLCOOL + GRUPO ORGÂNICO (metil, etil) + ICO

álcool metílico (combustível de alta performance)

álcool etílico (álcool e combustível comum)

álcool isopropílico (álcool na limpeza de cabeçotes de áudio e vídeo)

CETONAS

CETONA + GRUPO ORGÂNICO (metil, etil) + ICA + e + GRUPO ORGÂNICO (metil, etil) + ICA

(os grupos devem aparecer em ordem alfabética e se os grupos  forem iguais, escreve o nome do grupo uma só vez, antecedido pelo prefixo di)

cetona dimetílica (acetona)

cetona etílica e metílica (etil vem antes de metil)

ÉTERES (R–O–R₁, Ar–O–Ar₁ ou R–O–Ar)

São compostos orgânicos de cadeia heterogênea (heteroátomo) com o grupo funcional

ligado a cadeia aberta, alicíclica ou anel benzênico.

O éter comum era utilizado antigamente como anestésico, atualmente é empregado como solvente apolar na extração de óleos, gorduras, essências e perfumes de fontes vegetais ou animais.

(GRUPO MENOR)         +                        (GRUPO MAIOR)

(PREFIXO + OXI)          +            (PREFIXO + INFIXO + O)

metoxi-etano (éter metílico e etílico)

1-metoxi-propano (éter metílico e propílico)

ÉSTERES (R–COO–R₁, Ar–COO–Ar₁ ou R–COO–Ar)

São compostos orgânicos com o grupo funcional

Obtido pela reação de esterificação entre ácidos carboxílicos e álcoois. 

Os ésteres são substâncias usadas como flavorizantes (sabor + aroma) como o aroma de laranja, abacaxi, morango, damasco, etc. também é usado como solventes em esmaltes de unhas.

PREFIXO + INFIXO + OATO + DE + GRUPO ORGÂNICO + A

 etanoato de isobutila

butanoato de butila

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2º BIMESTRE REAÇÕES DE OXIRREDUÇÃO

O que significa a palavra oxidar?

Somente o ferro que se oxida?

Existem várias mudanças em que se ocorre uma oxidação como por exemplo:

• Produção do vinagre;
• Combustão do gás metano;
• Processo da fotossíntese;
• Metabolismo da glicose.

O Nox (número de oxidação) de um elemento químico pode ser definido como a carga que um átomo teria se ambos os elétrons, em cada ligação, fossem considerados pertencentes ao elemento mais eletronegativo.

Existem 3 tipos de espécies químicas:

• Substância simples (Cl2);
• Substância composta (HClO3);
• Íons (Cl1-, CO32-).

Substância simples: nox = 0.

Substância composta:

- Metais alcalinos (família 1A) e Ag: nox = +1;

- Metais alcalinos terrosos (família 2A) e Zn: nox = +2;

- Al: nox = +3;

- S: nox = -2 (compostos binários, com S à direita);

- Família 7A: nox = -1 (compostos binários, com elemento à direita);

- H: nox = +1 (não metais) e nox = -1 (metais);

- O: nox = -2 (óxidos), nox = -1 (peróxidos), nox = -1/2 (superóxidos) e nox = +1 ou +2 (ligado ao F).

Íons simples: nox = carga do próprio íon.

OBSERVAÇÕES:

• A soma dos nox de uma substância composta é igual a zero;
• A soma dos nox de um íon composto é igual a carga do íon;
• Nox mínimo: é a carga que o elemento necessita para atingir o octeto;
• Nox máximo: é a carga que o elemento adquire quando perde todos os elétrons da última camada. O nox máximo coincide com o n.° do grupo.

Reações de oxirredução são reações que ocorrem com transferência de elétrons.

Oxidação: doa elétrons (aumenta o nox);

Redução: recebe elétrons (reduz o nox);

Agente oxidante (sofre redução): é a espécie química presente nos reagentes que age causando a oxidação de algum elemento;

Agente redutor (sofre oxidação): é a espécie química presente nos reagentes que age causando a redução de algum elemento.

ELETROQUÍMICA

O que é a corrente elétrica que circula em um fio metálico?

Hoje sabemos que é um fluxo (movimento ordenado) de cargas elétricas que transitam pelo fio e que esse fluxo pode realizar certo trabalho, como acender uma lâmpada, movimentar um motor, etc.

Como se produz corrente elétrica?

Há dois processos principais:

• pelos geradores elétricos, que transformam energia mecânica em energia elétrica;
• pelas pilhas e baterias, que transformam energia química em energia elétrica.

A matéria é constituída de partículas eletricamente carregadas; assim, não é surpreendente que seja possível converter a energia química em energia elétrica e vice-versa. O estudo desses processos de interconversão é uma parte importante da físico-química, denominada eletroquímica, que tem por objetivo em grande parte, o estudo da relação entre a energia elétrica e a transformação química.

A eletroquímica é baseada em dois processos de transformação:

• reações de substâncias (reações de oxirredução) capazes de “gerar” energia elétrica (pilhas, acumuladores, baterias);
• uso da energia elétrica para transformar as substâncias (eletrólise). 

Esquematicamente temos:

Existem várias aplicações práticas da eletroquímica, como:

- As pilhas são largamente utilizadas em rádios, gravadores, calculadoras, brinquedos e equipamentos;

- Acumuladores e baterias são muito empregados na indústria automobilística;

- A eletrólise nos permite obter uma série de produtos industriais importantes, como: produtos químicos de alta pureza para pesquisas, produtos de laboratório químico para análises e matéria-prima para fabricação de outros produtos de maior complexidade.

CELAS GALVÂNICAS (PILHAS E BATERIAS)
PILHA DE DANIELL

Uma cela galvânica ou pilha é um dispositivo que permite a interconversão de energia química em elétrica.

A pilha de Daniell foi construída pelo cientista inglês John Daniell em 1836.

Oxidação: Zn⁰ à Zn²⁺_(aq) + 2e^-

Redução: Cu²⁺_(aq) + 2e^- à Cu⁰

Reação global: Zn⁰ + Cu²⁺_(aq) à Zn²⁺_(aq) + Cu⁰

FORÇA ELETROMOTRIZ (fem) OU DIFERENÇA DE POTENCIAL (ddp - ΔE°)

Toda reação que envolve transferência de elétrons, apresenta uma força eletromotriz (fem) ou diferença de potencial (ddp ou ΔE°). Para cada semirreação existe um potencial baseado no potencial de referência que é dado para a semirreação do hidrogênio (E° = 0 V).A tabela de potencial-padrão de eletrodo (em volts) foi construída considerando uma solução de concentração 1 mol/L à 25°C e 1 atm de pressão.

DE° = E°red. (maior) – E°red. (menor)

Para a pilha de Daniell:

E°_{red. (Zn)} = - 0,76 V

E°_{red. (Cu)} = + 0,34 V

ΔE° = E°_red.(maior) – E°_red.(menor)

ΔE° = 0,34 – (- 0,76)

ΔE° = 0,34 + 0,76

ΔE° = 1,10 V

ΔE° > 0 (reação espontânea - pilhas e baterias).

ΔE° < 0 (reação não espontânea - eletrólise).

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1º BIMESTRE EQUILÍBRIO QUÍMICO

Muitas reações ocorrem completamente, ou seja, até que pelo menos um dos reagentes seja totalmente consumido. Um exemplo desse tipo de reação é a que acontece quando queimamos um palito de fósforo.

Existem sistemas, no entanto, em que as reações direta e inversa ocorrem simultaneamente. Esses sistemas são denominados reversíveis e acontece tanto em processos químicos como em processos físicos.

Um exemplo de processo reversível é o que ocorre com a água líquida contida num frasco fechado. Nesse sistema, temos moléculas de água passando continuamente do estado líquido para o de vapor e do de vapor para o líquido.

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DE UMA REAÇÃO EM EQUILÍBRIO QUÍMICO

• Um equilíbrio químico é atingido quando a velocidade da reação direta se iguala com a velocidade da reação inversa;

• No equilíbrio químico as concentrações dos reagentes e produtos se mantem constantes;

• O equilíbrio químico é macroscopicamente estático, ou seja, ao atingir o equilíbrio visualmente é como se a reação parasse de acontecer;

• O equilíbrio químico é microscopicamente dinâmico, ou seja, ao atingir o equilíbrio a reação continua acontecendo, porém com velocidade e concentração constantes.

Imagine uma experiência em que 1,00 mol de CO e 1,00 mol de NO₂ fossem colocados em um recipiente fechado, de 1 litro de capacidade, e mantido à temperatura constante de 600 °C. Nesse instante inicial da experiência, teríamos [CO] = 1,00 mol/L, [NO₂] = 1,00 mol/L e ainda não teríamos CO₂ nem NO.

Iniciada a reação, imagine que, com o passar do tempo, fossem obtidos os dados da tabela abaixo, na qual os valores indicados são as concentrações em mol/L de cada substância em cada instante mencionado (note que os valores da tabela seguem a estequiometria da reação):

Veja que, dos 40 min aos 60 min, as concentrações não mudam — dando a entender que, a partir desse ponto, a reação atingiu o equilíbrio químico e as concentrações dos reagentes e dos produtos permanecerão inalteradas (constantes).

EQUILÍBRIOS HOMOGÊNEOS E HETEROGÊNEOS

Equilíbrio homogêneo: reagentes e produtos estão em uma mesma fase, formando um sistema homogêneo.

Equilíbrio heterogêneo: reagentes e produtos estão em mais de uma fase, formando um sistema heterogêneo.

CONSTANTE DE EQUILÍBRIO EM FUNÇÃO DAS CONCENTRAÇÕES (K_c ou K_e)

A constante de equilíbrio (K_c ou K_e) varia somente com alteração da temperatura.

ESPONTANEIDADE DE UMA REAÇÃO

Uma reação é tanto mais favorecida (mais espontânea), ou seja, tende a formar maior quantidade de produto a uma certa temperatura quanto maior for o valor da sua constante de equilíbrio nessa temperatura.

• K_c > 1, a concentração dos produtos é maior que a concentração dos reagentes, indicando que a reação direta prevalece sobre a reação inversa;
• K_c < 1, a concentração dos reagentes é maior que a concentração dos produtos, indicando que a reação inversa prevalece sobre a reação direta;

GRAU DE EQUILÍBRIO

Essa porcentagem nos dá a ideia de quanto a reação caminhou, ou seja, qual foi a extensão (ou rendimento) da reação. Fazendo-se uma analogia com um trecho que percorremos numa estrada, temos:

CONSTANTE DE EQUILÍBRIO EM FUNÇÃO DAS PRESSÕES PARCIAIS (K_p)

Na expressão de equilíbrio em função das pressões parciais (K_p) somente entram as substâncias gasosas. Assim como no K_c o K_p varia somente com alteração da temperatura.

DESLOCAMENTO DE EQUILÍBRIO (PRINCÍPIO DE LE CHATELIER)

Deslocamento de equilíbrio é toda e qualquer alteração da velocidade da reação direta ou da reação inversa, provocando modificações nas concentrações das substâncias e levando o sistema a um novo estado de equilíbrio. Quando um fator externo (perturbação) age sobre um sistema em equilíbrio, este se desloca, procurando minimizar a ação do fator aplicado (lei ou princípio de Le Chatelier). Resumidamente, podemos dizer que o sistema é contra aquele fator externo aplicado sobre aquele sistema em equilíbrio. Os fatores externos que podem deslocar um equilíbrio químico são:

• Alteração das concentrações de um ou mais participantes do equilíbrio;
• Alteração da pressão total sobre o sistema;
• Alteração da temperatura do sistema.

EFEITO DA CONCENTRAÇÃO

• adicionando qualquer participante, o equilíbrio se desloca no sentido de consumi-lo (tendendo a minimizar o efeito da adição);
• retirando qualquer participante, o equilíbrio se desloca no sentido de recolocá-lo (tendendo a minimizar o efeito da retirada).

EFEITO DA PRESSÃO

• o aumento da pressão total desloca o equilíbrio no sentido de menor volume, pois a redução no volume minimiza o efeito da pressão aplicada;
• a redução da pressão total desloca o equilíbrio no sentido de maior volume, pois o aumento de volume minimiza a redução da pressão.

EFEITO DA TEMPERATURA

A temperatura, além de provocar deslocamento do equilíbrio, é o único fator responsável por alterações na constante de equilíbrio K_c ou K_p.

• aumento da temperatura desloca o equilíbrio no sentido da reação endotérmica, ou seja, ΔH > 0 (absorve calor).
• diminuição da temperatura desloca o equilíbrio no sentido da reação exotérmica, ou seja, ΔH < 0 (libera calor).

EQUILÍBRIO QUÍMICO EM SOLUÇÕES DE ELETRÓLITOS (ÁCIDOS E BASES)

Soluções aquosas de ácidos e bases também são encontradas na situação de equilíbrio. Como acontece em qualquer equilíbrio, aqui também serão definidos um grau de equilíbrio (α) e uma constante de equilíbrio (K_a, no caso dos ácidos ou ainda K_b, no caso das bases).

LEI DA DILUIÇÃO DE OSTWALD

No final do século XIX, Friedrich Wilhelm Ostwald, químico de origem russo-germânica, deduziu pela primeira vez uma expressão matemática relacionando a constante de ionização (K_a, ou K_b), a concentração em mol/L (M) e o grau de ionização (a) para monoácidos e monobases.