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Equipe de elaboração das Apostilas Promopetro: 

Coordenador:

Sérgio Lucena

Edição de Apostilas

Aklécio Silva

Cléber Souza

Maria Bethânia Valença

Paloma Boa Vista Felix

Sérgio Lucena

Valnísia Nogueira

Arte

Cléber Souza

Paloma Boa Vista Felix

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APLICAÇÃO DA QUÍMICA  Objetivos da apostila: Apresentar conceitos químicos, suas propriedades, classificações, e discutir exemplos de fixação baseados em casos típicos da engenharia. Através de casos práticos, são mostrados tais conceitos e sua utilização na engenharia.

O projeto Promopetro: O projeto tem como metodologia a elaboração de material didático impresso e multimídia, sobre as disciplinas de ensino médio, e fará uso de simulação computacional, de aulas expositivas e práticas possibilitando visualização de unidades de processo através de maquetes virtuais. As apostilas fazem a ligação entre as informações e conhecimentos sobre assuntos abordados na Engenharia e os assuntos estudados no ensino médio.

A metodologia desenvolvida neste material didático procura utilizar conceitos ligados à engenharia para estabelecer uma conexão entre as atividades de ensino das ciências exatas, como matemática, física, química e informática, e as áreas de processos petroquímicos e de bicombustíveis. Isto permitirá envolver os alunos de ensino médio com os problemas tecnológicos e a escolha do seu futuro profissional.

Estas disciplinas ligadas à engenharia, mesmo abordadas dentro de uma perspectiva de ensino médio trazem informação e conteúdo para uma formação adequada do aluno, e fazem uso de uma forte base das ciências exatas. A concepção do processo químico, o dimensionamento dos equipamentos, o desenho dos equipamentos de processo e o simulador computacional de processos serão apresentado se executados passo a passo pelos alunos envolvidos. Isso permitirá uma interação entre atividades de ensino superior e as atividades de ensino das ciências exatas no ensino médio.

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Sumário  

Capítulo 1 - Eletroquímica .............................................................................. 6

1- As Pilhas .................................................................................................. 7

1.1- Eletroquímica ........................................................................................... 10

1.2- Pilha Ou Célula Galvânica: ................................................................... 12

1.3- Corrosão: ..................................................................................................... 18

1.4- Eletrólise: ....................................................................................................... 19

Capítulo 2- Fundamentos Da Química Orgânica: ..................................... 22

2- Petróleo E Sua Composição:............................................................... 24

2.1- Histórico: .................................................................................................... 26

2.2- Características Do Carbono: ................................................................. 27

2.3- Hibridização .............................................................................................. 28

2.4- Tipos De Carbono Numa Cadeia Carbônica: ................................... 29

2.5- Classificação Das Cadeias Carbônicas: ............................................. 31

2.6- Elementos Organógenos: ....................................................................... 36

Capítulo 3: Nomenclatura De Compostos Orgânicos E Hidrocarbonetos:40

3.1- Nomenclatura De Compostos Orgânicos E Hidrocarbonetos: ....... 42

3.2 - Prefixo: Número De Átomos De Carbono: ............................................ 42

3.3 – Infixo: Tipo De Ligação Entre Carbonos: ............................................... 43

3.4 - Sufixo – Grupo Funcional: ......................................................................... 43

3.5-Compostos Com Cadeia Ramificada ..................................................... 45

3.6-Funções Químicas: ...................................................................................... 47

Capítulo 4: Isômeros E Ocotidiano ............................................................... 58

4- Os Isômeros E A Indústria ......................................................................... 60

4.1- Isômeros: ...................................................................................................... 63

Capítulo 5: Reações Orgânicas. .................................................................. 77

5- Saponificação: A Reação Do Sabão. ..................................................... 78

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5.1- Reações Orgânicas: Classificações E Principais Tipos, Casos Especiais .............................................................................................................................. 83

5.1.1- Reação De Substituição: ....................................................................... 84

5.1.2- Reações De Adição: .............................................................................. 87

5.1.3- Reações De Combustão: ...................................................................... 89

5.1.4- Reações De Esterificação ...................................................................... 90

5.2- Saponificação: ........................................................................................... 90

5.3- Detergentes: ................................................................................................ 91

Glossário: ............................................................................................................. 99  

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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CAPÍTULO 1 - ELETROQUÍMICA As pilhas e os aparelhos: O que acontece quando acionamos o interruptor?

 

 

  

Figura 1: Brinquedo com controle remoto sustentado por pilhas.

Para podermos chegar a uma conclusão dessa pergunta precisamos primeiro saber que a eletroquímica é o estudo das reações nas quais ocorre conversão de energia química em energia elétrica e vice-versa. Assim, quando é acionado o interruptor de um aparelho movido a pilha, fecha-se o circuito de uma corrente elétrica alimentada pela reação química que ocorre no interior das pilhas, deste modo, percebemos claramente um exemplo de processo de natureza eletroquímica.

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1- AS PILHAS

Como é constituída a pilha?

Portanto, para que esse processo ocorra é necessário entender um pouco sobre o funcionamento das pilhas (pilhas galvânicas), que consiste em um dispositivo que permite a obtenção de corrente elétrica por meio de uma reação de oxido redução espontânea.

 Em relação a uma pilha, é importante determinar os polos, o cátodo e o ânodo, as semi-reações, a d.d.p. ou voltagem e o sentido da corrente elétrica liberada. Mas, antes disto, estudaremos alguns conceitos básicos necessários. Portanto, neste capítulo será apresentado como são constituídas as pilhas bem como seu funcionamento através do estudo da eletroquímica.  

 

 Figura 2: Circuito conectado 

a uma Pilha

No tópico a seguir, será conhecido como teve origem a pilha e o mecanismo para que ela funcione e assim será possível entender o que ocorre com a corrente elétrica na prática, como um simples acionamento de interruptor, porexemplo.

 Figura 3: Pilha comum  

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Por definição pilha é uma fonte de energia portátil, tratando-se de um dispositivo que a partir das reações de óxido-redução converte energia química em energia elétrica. A pilha é constituída por uma solução de ácido sulfúrico em água, na qual se mergulham eletrodos de cobre e um de zinco. Observando a figura 1.5, se for conectado o cobre ao zinco por um condutor c, a corrente elétrica passará nesse condutor, dirigida do cobre para o zinco, o que indica que há uma diferença de potencial entre eles. A solução com os dois eletrodos constitui então um gerador. Os dois eletrodos são chamados polos, ou terminais do gerador. Chama-se polo positivo aquele por onde a corrente sai, e polo negativo por onde a corrente entra.

           

 Figura 5: Célula Eletrolítica 

Os materiais utilizados para os componentes do ânodo e cátodo são diversos e é pela escolha dos mesmos que resultam pilhas com diferentes características técnicas.

Existem 4 tipos de pilha:

1-Pilhas primárias:

Pilha seca

Figura 4: Pilhas comuns

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Pilha alcalina

Pilha de mercúrio

2-Pilhas secundárias

Bateria de chumbo Bateria de níquel-cádmio

3-Pilhas de combustível 4-Pilhas de concentração

Pilha alcalina: Esta pilha é constituída por um ânodo de zinco e um cátodo de óxido de manganês. O eletrólito alcalino é geralmente de hidróxido de potássio. Possuem voltagem de 1,5 V e não são recarregáveis. Comparando-as com as pilhas secas comuns, as alcalinas são mais caras, pois mantém a voltagem constante por mais tempo e duram cinco vezes mais. Isso ocorre porque o hidróxido de sódio ou potássio é melhor condutor eletrolítico, o que resulta em uma resistência interna da pilha muito menor do que na pilha de Leclanché.

Pilha de mercúrio: Esta pilha é formada por um ânodo de zinco e mercúrio e um cátodo que é uma pasta de óxido de mercúrio (II) e botão de aço.

Pilha seca ou de Leclanché: Nestas pilhas, o eletrólito não está completamente seco, estando antes incorporado numa mistura úmida. São usadas, por exemplo, nas lanternas portáteis, nos rádios, nos brinquedos, etc.

Na pilha seca, o ânodo de zinco (polo negativo) é constituído pelo recipiente da pilha. O cátodo (polo positivo) é uma barreira de grafite que atua como eletrodo inerte. Entre os eletrodos existe uma solução de cloreto de amônio misturado com cloreto de zinco e dióxido de manganês.

Figura 6: Esquema de uma pilha de Leclanché

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Existem dois tipos básicos de pilhas - pilha primária (não recarregável) e pilha secundária ou acumulador. Ambas têm o mesmo princípio de funcionamento: - transformação de energia química em elétrica, mas na secundária o processo pode ser revertido, isto é, pode ser recarregada. Na pilha primária a reação química acaba por destruir um dos eletrodos, normalmente o negativo. A pilha secundária é mais comumente chamada de bateria.

1.1- Eletroquímica

A eletroquímica é o estudo das reações nas quais ocorre conversão de energia química em energia elétrica e vice-versa.

A eletroquímica abrange todos os processos químicos que envolvem transferência de elétrons. Quando um processo químico ocorre, produzindo transferência de elétrons, é chamado de pilha ou bateria, mas quando o processo químico é provocado por uma corrente elétrica (variação da quantidade de elétrons no tempo), este processo é denominado de eletrólise. (Resumindo: pilha e bateria são processos químicos que ocorrem espontaneamente gerando corrente elétrica, já eletrólise é um processo químico (reação química) que ocorre de forma não espontânea, ou seja, ocorre na presença de uma corrente elétrica).

 

Em eletroquímica são estudadas as reações de oxido-redução (oxidação é a doação de elétrons acompanhado de um aumento do Nox, enquanto que redução é o recebimento de elétrons acompanhados de uma diminuição do Nox) que geram ou consomem energia.O Número de Oxidação (NOX) de um elemento químico é a carga que ele recebe em uma reação química.

Como exemplo de uma reação de oxido-redução, temos a reação entre o íon de cobre e o zinco metálico:

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Figura 7: Reação de oxi‐redução  

O zinco sofreu oxidação: perdeu elétrons e seu número de oxidação aumentou. Já o íon Cu2+ sofreu redução: recebeu elétrons e seu número de oxidação diminui.

Na prática ocorre que o zinco desloca o íon cobre, o zinco metálico passa para o meio aquoso sofrendo oxidação enquanto que o íon cobre sofre redução passando a cobre metálico que se deposita sobre a barra de zinco.

Figura 8: Experimento para reação de oxi‐redução 

 A partir deste experimento comparamos a reatividade dos elementos e comprovamos que o zinco é mais reativo (sofre oxidação) que o cobre. É possível construirmos uma fila de reatividade.

As reações de oxirredução também são usadas na fabricação de produtos químicos nas indústrias. O hidrogênio age como um agente redutor, em muitos processos industriais. Ele pode ser usado para fazer o encurtamento de óleos vegetais em um processo conhecido como hidrogenação e pode ainda reduzir os íons de metais tais como a prata e tungstênio para metais puros.

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Ordem de reatividade dos metais

Figura 9: Reatividade dos Metais 

Quando diminui a reatividade, diminui também a capacidade de perder e-.

Conhecendo-se essa fila, podemos prever o que ocorrerá numa reação de deslocamento.

1.2- Pilha ou célula Galvânica:  

Pilha é qualquer dispositivo no qual uma reação de redox espontânea produz corrente elétrica.

A pilha tem dois polos:

Cátodo é o eletrodo no qual há redução (ganho de elétrons). É o polo positivo da pilha.

Ânodo é o eletrodo no qual há oxidação (perda de elétrons). É o polo negativo da pilha.

Os elétrons saem do ânodo (polo negativo) e entram no cátodo (polo positivo) da pilha.

A placa de zinco vai sofrendo corrosão e desaparecendo, já a placa de cobre vai tendo a sua massa aumentada.

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CONSTRUINDO A PILHA:

                

Figura 10: Esquema de uma pilha experimental

Nesta pilha é possível verificar as semi-equações da reação.

O íon cobre (Cu2+) da solução é reduzido por 2 e- que vem da corrente elétrica.   

 O zinco é oxidado, formando íon zinco (Zn2+) e 2e-. Estes elétrons serão os responsáveis pela geração da corrente elétrica do sistema (pilha).  

Figura 11: Oxidação do Zinco e Redução do Cobre

 

  

Com o desenvolvimento da reação, ocorrerá formação de cobre metálico, que se depositará na superfície do eletrodo de cobre. Já o eletrodo de cobre será corroído, pois o zinco está se transformando em íons que irão para a solução de sulfato de zinco.

Figura 12: Representação da Pilha

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A pilha de Daniell pode ser escrita por:

Ou

Onde, || representa a ponte salina.

Quando a pilha começa a funcionar os elétrons começam a migrar. O eletrodo de zinco que sofre oxidação tem a sua massa diminuída enquanto que o eletrodo de cobre que sofre redução tem sua massa aumentada.

               

Figura 13: Transferência de elétrons durante a reação da pilha  Dessa forma temos basicamente o funcionamento de uma pilha de Daniell, e o potencial de redução será utilizado para se prever quem irá oxidar e reduzir na pilha. POTENCIAL PADRÃO DE REDUÇÃO:

Toda pilha possui um potencial, ou seja, produz uma voltagem, sendo este potencial medido na pilha. (No caso das pilhas comerciais, que se usam em rádios, controles remotos e brinquedos, a voltagem, geralmente é de 1,5V, só variando o tamanho de reserva das pilhas. Tamanhos: A,AA, D, etc.) O potencial da pilha pode ser dado, de uma maneira simplificada por:

 

Sendo Emaior e Emenor, os potenciais padrões de redução de cada semi- equação.

Potencial padrão é medido em relação ao hidrogênio, que teve por convenção a denominação de potencial padrão de Hidrogênio, que vale 0V.

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É a partir ddp(diferença de potencial) de uma pilha, que se sabe se a reação ocorre ou não. Quando a variação de potencial da pilha, ∆E, é maior que zero a reação é espontânea. Quando o potencial é negativo, a reação não ocorre espontaneamente e quanto maior for o potencial, positivo, maior será a eficiência da pilha.

Tabela de potenciais-padrões de redução (em volts)

 

Tabela 1: Resumo do funcionamento do potencial padrão 

 

Curiosidade: Pilhas e o Meio Ambiente

Aumenta A força Oxidante

ALTO Eº  ALTA TENDÊNCIA DE SOFRER REDUÇÃO (RECEBER ELÉTRONS) 

  ALTA TENDÊNCIA PARA ATUAR COMO AGENTE OXIDANTE 

BAIXO Eº  BAIXA TENDÊNCIA DE SOFRER REDUÇÃO (RECEBER ELÉTRONS) 

ALTA TENDÊNCIA DE SOFRER OXIDAÇÃO (PERDER ELÉTRONS) 

ALTA TENDÊNCIA PARA ATUAR COMO AGENTE REDUTOR 

As pilhas e baterias apresentam em sua composição metais considerados perigosos à saúde humana e ao meio ambiente como mercúrio, chumbo, cobre, zinco, cádmio, manganês, níquel e lítio. Dentre esses metais os que apresentam maior risco à saúde são o chumbo, o mercúrio e o cádmio. As pilhas não podem ser jogadas no lixo comum, porque algumas pilhas de uso doméstico possuem elevadas concentrações de metais pesados, produtos que podem contaminar o solo, a água e o ar e são prejudiciais à saúde humana.

Figura  14:  Ilustração  sobre  o  Meio Ambiente

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EXERCÍCIOS RESOLVIDOS:

1-A imersão de um fio de cobre num recipiente contendo solução aquosa de cloreto de mercúrio II provoca, depois de algum tempo, o aparecimento de gotículas de um líquido de brilho metálico no fundo do recipiente, e a solução que era inicialmente incolor adquire coloração azul. Explique o que aconteceu do ponto de vista químico. Escreva a reação do processo, identificando os produtos formados.

Solução:

A partir da fila de tensões eletrolíticas.

Figura 15: Reatividade dos elementos 

Assim, quando o íon metálico estiver na fila em uma posição à direita do metal (que foi introduzido no recipiente) a reação ocorrerá.

Formaram-se Hg metálico e íons Cu2+(aq), de cor azul.

Ou

2-São dadas as seguintes semi-reações com os respectivos potenciais de eletrodos:

Considere agora as seguintes reações:

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Quais das reações acima são espontâneas?

Solução:

Somente a 1,2 e 3.

 

 

(Reação Não Espontânea)

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1.3- Corrosão: A corrosão é um processo de deterioração do material que produz alterações prejudiciais e indesejáveis nos elementos estruturais. Sendo o produto da corrosão um elemento diferente do material original, a liga acaba perdendo suas qualidades essenciais, tais como resistência mecânica, elasticidade, ductilidade, estética, etc.  Em certos casos quando a corrosão está em níveis elevados, torna-se impraticável sua remoção, sendo, portanto a prevenção e controle as melhores formas de evitar problemas.

 Figura 16: Ferramentas em processo

CORROSÃO DO FERRO

  

Figura 17: Correntes de ferro sofrendo corrosão  A reação que ocorre na formação da ferrugem é uma reação de óxido-redução, que acontece da seguinte forma: Reação anódica (oxidação):  Reação catódica (redução):   Neste processo, os íons Fe2+ migram em direção à região catódica, enquanto os íons OH - direcionam-se para a anódica. Em uma região intermediária, ocorre a formação do hidróxido ferroso:

Em meio com baixo teor de oxigênio, o hidróxido ferroso sofre a seguinte transformação:

 

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Caso o teor de oxigênio seja elevado

 

 

Produto final da corrosão (ferrugem):

Fe3O4 (coloração preta) e Fe2O3. H2O (coloração alaranjada ou castanha- avermelhada).

Produzir a corrosão metálica é possibilitar a transformação de um material metálico ou liga metálica pela sua interação química ou eletroquímica por meio de exposição.

1.4- Eletrólise:

É uma reação de oxirredução não espontânea produzida pela passagem da corrente elétrica.

Proteção contra a corrosão Ferro galvanizado (ferro revestido de zinco) Lata (ferro revestido de estanho) Ferro com plaquetas de Zn ou Mg presas na superfície e que funcionam como eletrodo de sacrifício Tabela 2: Materiais e suas respectivas proteções contra a corrosão

Pólo positivo Pólo negativo Pilha Cátodo Ânodo Célula eletrolítica Ânodo Cátodo

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 Figura 18: Esquema de Eletrólise em solução 

aquosa de HCL

Na eletrólise em solução aquosa de sais de metais alcalinos (Na+, K+...), alcalino-terrosos (Ca2+, Ba2+...) e de alumínio (Al3+), a descarga no cátodo não é a dos respectivos cátions, mas ocorre segundo a equação:

 

Nas eletrólises em solução aquosa e com ânodo inerte (Pt ou grafite) de sais oxigenados (SO42-, NO3-, PO43-...) não há a descarga dos respectivos ânions oxigenados, mas ocorre a descarga segundo a equação:

O ânion F-, embora não seja oxigenado, comportam-se como os ânions oxigenados em relação à descarga no ânodo.

Nas eletrólises em solução aquosa com ânodo de metal não inerte M (prata ou metal mais reativo que a prata), a descarga que ocorre no ânodo é segundo a equação:

 

Algumas aplicações da eletrólise:

Obtenção de elementos químicos como metais, hidrogênio e cloro. Obtenção de substâncias como soda cáustica (NaOH) e água

oxigenada(H2O2). Purificação eletrolítica de metais como cobre e outros. Faz-se a

eletrólise de CuSO4 em solução aquosa usando como cátodo um fio de cobre puro e como ânodo um bloco de cobre impuro. Nesse processo,

Tabela 3: Mudança de pólo negativo/positivo na pilha e na eletrólise

 

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precipita a lama anódica que contém impurezas de Au, Ag, Pt, etc., da qual são posteriormente extraídos esses metais

Galvanização: Eletrodeposição de metais tais como cromagem, niquelagem, cobreagem e outros.

EXERCÍCIOS RESOLVIDOS:

1-Representar a equação química da eletrólise doNaCl em solução aquosa.

Solução: Eletrólise do NaCl(aq)

Íons presentes na solução: dissociação do sal: NaCl(aq) Na+ + Cl- ionização da água: H2O H+ + OH- descarga no ânodo: Cl– descarrega no cátodo: H+

Assim, mostraremos, através da seqüência de equações, como se chega à reação global da eletrólise:

1º passo: Dissociação do Eletrólito: 2NaCl(aq) 2 Na + + 2 Cl-

2º passo: Ionização da Água: 2 H2O 2 H+ + 2OH-

3º passo: Semi- Reação Anódica: 2 Cl- Cl2 (g) + 2e

4º passo: Semi – Reação Catódica: 2 H+ + 2e H2 (g)

Equação Global: 2NaCl + 2H2O H2 (g) + Cl2 (g) + 2 Na + + 2 OH-(aq)

2NaOH

        

Figura 19: Eletrólise do NaCl

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CAPÍTULO 2- FUNDAMENTOS DA QUÍMICA ORGÂNICA:

Origem Do Petróleo

Atualmente, a teoria da origem orgânica do petróleo é a mais aceita para explicar a sua existência. Esta teoria orgânica moderna pode ser definida nos seguintes termos: A matéria orgânica depositada com os sedimentos é convertida por processos bacterianos e químicos, durante o soterramento, num polímero complexo, o querogênio, que contém pequena quantidade de nitrogênio e oxigênio. Este processo é acompanhado pela remoção da água e compactação dos sedimentos. O querogênio, por sua vez, é convertido em hidrocarbonetos por craqueamento térmico em maiores profundidades e temperaturas relativamente elevadas. 

Figura 20: Estrutura molecular do Etil‐benzeno

A exploração é realizada pela equipe de sísmica, geofísica, geólogos; ela compreende os vários métodos e técnicas para a descoberta e comprovação da possibilidade da existência de petróleo. Vale salientar que não basta descobrir o reservatório, é necessário verificar se há viabilidade econômica de produção do campo descoberto.

Atualmente a prospecção de petróleo utiliza aviões, navios e satélites que possuem equipamentos que conseguem fazer uma verdadeira “radiografia” do subsolo.

A fase explotatória (Perfuração + Produção) do campo petrolífero engloba as técnicas de desenvolvimento e produção da reserva comprovada de hidrocarbonetos de um campo petrolífero. A explotação corresponde a perfuração e posterior produção do reservatório a partir do poço perfurado.

A fase de produção em poços terrestres (on-shore) pode ocorrer de três formas:

a) Bombeamento Mecânico;

b) Injeção de Gás;

c) Injeção de Água.

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A produção em mar, através de plataformas, é denominada de off-shore.

O transporte é feito por oleodutos ou em superpetroleiros, e nas refinarias o petróleo é separado em seus constituintes por destilação fracionada. Desse modo, neste capítulo iremos verem que grupo o petróleo se encaixa na química orgânica, bem como suas funções e características desse grupo. No próximo tópico iremos conhecer como se originou o petróleo e sua composição, observando também como a química orgânica se identifica com esse composto.

Figura 21: Explotação de petróleo com cavalo de pau

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2- PETRÓLEO E SUA COMPOSIÇÃO:  

O petróleo formou-se há milhares de anos, quando pequenos animais e vegetais marinhos foram soterrados e submetidos à ação de microrganismos, do calor e de pressões elevadas, ao longo do tempo.

O petróleo quando extraído no campo de produção é chamado Óleo Cru e, a depender da Rocha Reservatório de onde o mesmo foi extraído, pode apresentar diversos aspectos visuais e características diferentes. Por isso, existem petróleos de várias cores: amarelo, marrom, preto e verde.

O petróleo no seu estado natural é sempre uma mistura complexa de diversos tipos de hidrocarbonetos, contendo também proporções menores de contaminantes (enxofre, nitrogênio, oxigênio e metais). Os contaminantes são considerados como impurezas e podem aparecer em toda a faixa de ebulição (destilação) do petróleo, mas tendem a se concentrar nas frações mais pesadas.

Olé Cru (petróleo) = Hidrocarbonetos + Contaminantes 

O que são hidrocarbonetos?

São substâncias compostas somente por átomos de carbono (C) e de hidrogênio (H), formando diversos tipos de moléculas.

A classificação do petróleo depende basicamente das características da rocha reservatório e do processo de formação.

Os Alcanos:

Podem também serem denominados de hidrocarbonetos parafínicos ou simplesmente parafina. Os alcanos abrangem os compostos que possuem cadeia carbônica aberta, normal e saturada, apresentando também cadeia carbônica ramificada. O petróleo parafínico apresenta até 90% de alcanos.

Figura 22: Cadeias carbônicas contidas em petróleo parafínico

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No óleo cru pode aparecer também a combinação dos três tipos de hidrocarbonetos acima mencionados, onde dessa maneira a classificação do óleo será determinada pela predominância do tipo de hidrocarboneto.

Além dessa mistura de hidrocarbonetos, o óleo cru também contém em proporções bem menores, outras substâncias conhecidas como Contaminantes.

 Figura 23: Hidrocarbonetos cíclicos presentes no petróleo. 

Os heteroátomos (contaminantes) mais comuns são os átomos de enxofre (S), nitrogênio (N), oxigênio (O), e de metais como níquel (Ni), ferro (Fe), cobre (Cu), sódio (Na) e vanádio (V), podendo inclusive estar combinados de muitas formas.

O enxofre (S) é o contaminante de maior predominância e está presente em vários tipos de petróleo. Os contaminantes sulfurados (que contém enxofre) causam problemas no manuseio, transporte e uso dos derivados.

Abaixo uma tabela que exemplifica a composição elementar do óleo cru (% em peso):

HIDROGÊNIO  11 ‐14 % CARBONO  83 – 87 % ENXOFRE  0,06 – 8 % NITROGÊNIO  0,11 – 1,7 %  OXIGÊNIO  0,1 – 2 % METAIS  ATÉ 0, 3 % 

Tabela 4: Composição do óleo Cru

Dessa maneira podemos observar que o petróleo é composto basicamente de carbono e hidrogênio. Entre os contaminantes, o enxofre é aquele que apresenta o maior percentual de presença.

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No reservatório, o óleo normalmente é encontrado juntamente com água, gás e outros compostos orgânicos. Essas substâncias, incluindo o óleo, estão no reservatório posicionado de acordo com suas densidades.

Na zona superior do reservatório, geralmente há uma “capa” de gás rico em metano (CH4), conhecido como Gás Associado. Esse gás é composto também por outros hidrocarbonetos (no estado gasoso) e por gases corrosivos, como o gás sulfídrico (H2S) e o dióxido de carbono (CO2).

Na zona intermediária, estão o óleo propriamente dito, contendo água emulsionada e também os mesmos componentes presentes no gás associado.

Na zona inferior, encontramos água livre (não misturada com óleo), com Sais Inorgânicos dissolvidos e Sedimentos.

Portanto, neste capítulo, iremos estudar como é a química orgânica, bem como sua origem, seus princípios e funcionamentos e como podem ser adaptados na utilização da indústria.

2.1- Histórico:  

A química orgânica era definida como um ramo químico que estuda os compostos extraídos dos organismos vivos.

Em 1807 (Jöns Jacob Berzelius): Foi formulada a Teoria da Força Vital. Ela baseava-se na ideia de que os compostos orgânicos precisavam de uma força maior (a vida) para serem sintetizados. "Somente os seres vivos podem transformar substâncias minerais em orgânicas."

Em 1828 (Friedrich Wöhler): Discípulo de Berzelius, a partir do cianato de amônio, produziu a uréia; começando, assim, a queda da teoria da força vital. Essa obtenção ficou conhecida como síntese de Wöhler.

Em 1854 (Pierre Eugene MarcellinBerthelot): Iniciou toda uma série de experiências e em 1862 sintetizou o acetileno.

Em 1858 (Friedrich A. Kekulé): Foi definida a Química Orgânica como sendo a parte da química dos compostos do carbono. “Química Orgânica é o ramo da Química que estuda os compostos do carbono“. Essa afirmação está correta, contudo, nem todo composto que contém carbono é orgânico, mas todos os compostos orgânicos contêm carbono.

Em 1866 (Berthelot): Foi obtida, por aquecimento, a polimerização do acetileno em benzeno e, assim, é derrubada a Teoria da Força Vital.

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2.2- Características do carbono:  

O carbono é tetravalente: A configuração eletrônica do carbono apresenta 2 e 4 elétronsrespectivamente nas camadas K e L, ou seja, por possuir 4 elétrons na camada de valência efetua 4 ligações. Os ângulos entre as valências são de 109º 28’, adquirindo a forma de um tetraedroregular. 

Figura 24: Carbono Tetravalente

As quatro ligações simples de um carbono são iguais: As 4 valências do carbono são iguais entre si. Assim, por exemplo, as 4 fórmulas exemplificadas a seguir representam, na realidade, um único composto de fórmula molecular CHCl3.

Figura 25: Esquema de rotação da molécula de Clorofórmio 

Ligações entre átomos de carbono Ligações múltiplas, isto é, forma ligações simples, duplas e triplas. O caráter da ligação é anfótero (não importa se é metal ou não-metal). 

            

Figura 26: Tipos de Ligações realizadas pelo Carbono

~ 28 ~  

Os átomos de carbono podem ligar-se entre si, formando cadeias.

As cadeias carbônicas podem possuir 3tipos de hibridizações: sp³, sp² e sp.

2.3- Hibridização  

Sp³ (tetraédrica):  Carbono liga-se a outros quatro átomos. É a fusão de quatro orbitais (um do tipo s e três do tipo p) formando quatro orbitais do tipo sp3.

Figura 27: Ligações do tipo sp3 do carbono 

  Forma somente ligações simples, cujo ângulo entre as valências é 109º 28’, que é uma característica dos alcanos.

Figura 28: Fórmula geométrica e 

estrutural da forma sp³ Sp² (trigonal): Carbono liga-se a outros três átomos. É a fusão de um orbital s com dois orbitais p, formando três orbitais do tipo sp2, forma duas ligações simples e uma dupla e o ângulo entre as valências: 120º, que é uma característica dos alcenos.

 Figura 29: Fórmula geométrica e estrutural da hibridização sp² 

Sp (linear): Carbono liga-se a outros dois átomos. É a fusão de um orbital s com um p formando dois orbitais do tipo sp e pode formar duas ligações duplas ou uma tripla e uma simples, seu ângulo entre as valências: 180º. É característica dos alcinos e alcadienos.

 

~ 29 ~  

 Figura 30: Fórmula estrutural e geométrica da hibridização sp 

Como são as ligações do Carbono?

Sigma (δ): É a primeira ligação entre dois átomos. Ocorre, neste caso, uma superposição de orbitais (overlap).

PI (π): São as segundas e terceiras ligações entre os átomos. Agora, o que ocorre é uma aproximação entre os orbitais.

2.4- Tipos de carbono numa cadeia carbônica:  

Carbono Primário: É o que se liga apenas a outro átomo de carbono. São primários osátomos de carbono situados nas extremidades da cadeia e quando houver somente um átomode carbono, este será considerado primário.

 

  

Figura 31: Exemplo de cadeias carbônicas com carbono Primário: a) metano, b) 2,2 dimetil‐butano  Carbono Secundário: É o que se liga a dois outros átomos de carbono

   

~ 30 ~  

  

Figura 32: Exemplo de cadeias carbônicas com carbono secundário: a) propano, b) 2,2 dimetil‐butano

Carbono Terciário: Está ligado a três outros átomos de carbono.  

  

Figura 33: Exemplo de cadeias carbônicas com carbono terciário: a) 2 metil‐propano , b)2,2 dimetil‐3‐metil‐butano 

 Carbono quaternário: Está ligado a quatro outros átomos de carbono.   

  

Figura 34: Exemplo de cadeias carbônicas com carbono quaternário: a) 2,2 dimeti‐propano, b) 2,2 dimetil‐ 3 metil‐ butano 

 

   

~ 31 ~  

2.5- Classificação das cadeias carbônicas:  

SATURADA: Cadeia cujos carbonos, se unem por ligaçãosimples. INSATURADA: Cadeia cujos carbonos se unem por duplas e/ou triplas ligações.  

  

Figura 35: Hidrocarbonetos com cadeias insaturadas. À esquerda, propeno e à direita, propino  HOMOGÊNEA: Cadeia cujo núcleo só é constituído por carbonos.    

  

Figura 36: Cadeia homogênea. Ácido etanóico

A cadeia carbônica do ácido acético (etanóico) é homogênea, pois entre os átomos de carbono não existe nenhum heteroátomo e na saturada entre os dois átomos de carbono existe apenas uma ligação simples.

~ 32 ~  

HETEROGÊNEA: Cadeia que apresenta um heteroátomo (N, O, S), ou seja, átomo diferente de carbono unido a pelo menos dois outros carbonos.

  

Figura 37: Cadeias heterogêneas.  Da esquerda para a direita, éter dietílico e etilmetilamina.  NORMAL: Cadeia não ramificada, ou seja, constituída por carbonos primários e secundários somente.

Figura 38: Cadeia normal. Exemplo: Acetona 

RAMIFICADA: Cadeia que apresenta ramos ou ramificações (radicais).

 

Figura 39: Cadeias ramificadas. Exemplos: à esquerda, metil‐propano e à direita, dimetil‐propano 

~ 33 ~  

MISTA: Cadeia cíclica ramificada, ou seja, apresentando parte cíclica e parte acíclica.

Figura 40: Exemplo de cadeia mista: éter metil‐propílico 

   

A cadeia do composto da figura 41 apresenta átomos de carbono primário e secundário com três extremidades considerado ramificada.

 

HOMOCÍCLICA: Cadeia cujo núcleo só apresenta átomos de carbono:

 

Figura 41: Cadeia homocíclica. À esquerda, benzeno e sua representação simplificada. À direita, o cicloexano e a representação simplificada 

HETEROCÍCLICA: Cadeia cíclica com heteroátomo.

Figura 42: Cadeias heterocíclicas: À esquerda, furano e sua representação simplificada, no centro piridina e 

sua representação simplificada e por fim Cadeia heterocíclica, ácido barbitúrico 

~ 34 ~  

AROMÁTICA: Cadeia cíclica que apresenta efeito de ressonância. Contêm núcleo benzênico, classificados em cadeia aromática. Exemplo: o fenol comum (C6H5OH) é considerado um sólido, pouco solúvel em água, empregado como desinfetante, na fabricação de corantes, plásticos, etc. A cadeia aromática pode ser composta por mais de um núcleo benzênico.    

 

  

Figura 43: Cadeia aromática. Fenol e sua representação simplificada  MONONUCLEADA: Um único núcleo ressonante.  

 

  

Figura 44: Metil‐bezeno (tolueno)  

POLINUCLEADA DE NÚCLEOS CONDENSADOS: Mais de um núcleo fundido. Seus anéis possuem átomos de carbono comum. Naftaleno ou naftalina (C10H8) é considerada um sólido branco que sofre sublimação para ser usado como inseticida sendo encontrado no alcatrão de hulha.  

  

Figura 45: Cadeia polinucleada. Naftaleno (à esquerda) e Antraceno (à direita) 

~ 35 ~  

Os aromáticos possuem ampla utilização na indústria com seus compostos, como por exemplo, o tolueno, por sua alta pureza, excelente poder de solvência e volatilidade moderada, é amplamente utilizado como solvente ativo e diluente para grande número de resinas. Também é utilizado nas formulações de adesivos à base de borracha e como solvente nas tintas a base de alumínio para repinturac de botijões de gás. Outra aplicação ainda é como matéria-prima na fabricação de explosivos e para a produção de secantes, aditivos, desinfetantes, ácido benzóico, entre outros

RESUMINDO: 

Figura 46: Resumo da classificação das cadeias carbônicas 

~ 36 ~  

2.6- Elementos Organógenos:

Existem vários compostos orgânicos e esses são formados pelos elementos organógenos, que são:

C, H, O, N

(Carbono, Hidrogênio, Oxigênio e Nitrogênio, respectivamente)

Os elementos organógenos são os elementos químicos que aparecem com maior frequência entre os compostos orgânicos. Eles também são conhecidos como elementos geradores dos compostos orgânicos.

Aparecem também outros elementos químicos nos compostos orgânicos, porem com uma frequência menor, são eles:

Br, I, S, P, Cl, etc.

A maioria dos compostos orgânicos é obtida por síntese em laboratórios e em indústrias; o número de compostos orgânicos isolados, encontrados nas plantas e nos animais é bem menor.

 

CURIOSIDADES: O que é Adrenalina: A adrenalina é um hormônio liberado pelas glândulas que ficam sobre os rins (glândulas suprarrenais). A presença no organismo se dá através de um sinal liberado em resposta ao grande estresse físico ou mental ou também, situações de forte emoção como, por exemplo, descida em montanha russa alta de pára-quedas e esportes radicais em geral. A adrenalina atua como um neurotransmissor que tem efeito sobre o sistema nervoso simpático, preparando o organismo para um grande esforço físico. Os sintomas característicos da liberação de adrenalina são: suor, vaso constrição, aumento dos batimentos cardíacos, dilatação das pupilas e brônquios (aumenta a visão e deixa a respiração ofegante), eleva o nível de açúcar no sangue, entre outros.

 Figura 47: Adrenalina, nome IUPAC: (R)‐4‐[1‐hidroxi‐2‐(metilamino) ‐

etilbenzeno‐1,2‐diol 

~ 37 ~  

A adrenalina pode ocasionar amorte?

O aumento dos batimentos cardíacos faz com que o sangue seja bombeado mais rapidamente, esse efeito só ocorre por que os vasos se contraem ficando mais finos, acelerando a circulação sanguínea. O problema é que, se alguma artéria que leva sangue ao coração estiver um pouco entupida, o estreitamento agravará o quadro, levando a não circulação do sangue e então ocorre a morte de um conjunto de células por falta de oxigênio, mais conhecido como infarto.

 Figura 48: Montanha Russa, atividade 

que aumenta os batimentos do coração.

Como se vê, a adrenalina recebe duas classificações: hormônio e neurotransmissor. Mas se tratando das classes orgânicas, ela se caracteriza como Amina (presença de NH2). O neurotransmissor foi nomeado como "adrenalina" pelo cientista que conseguiu isolá-lo pela primeira vez, o bioquímico japonês JokichiTakamine. Ele se inspirou na localização do hormônio no organismo: ad- (prefixo que indica proximidade), renalis (relativo aos rins) e o sufixo-ina, (referente à classe pertencente, às aminas).

     

      Figura 49: Estrutura molecular da adrenalina 

~ 38 ~  

EXERCÍCIO RESOLVIDO:

 

1-O petróleo bruto é o ponto de partida para muitas substâncias diferentes porque contém hidrocarbonetos. Os hidrocarbonetos são moléculas que contém hidrogênio e carbono e existem em diferentes tamanhos e estruturas, com cadeias ramificadas e não ramificadas e anéis. Após o processo de destilação do petróleo é possível obter vários tipos de produtos desde o gás natural, a gasolina e até o asfalto que é o ultimo resíduo da fração destilada.

 

Figura 50: Gás Metano à esquerda e a direita a Gasolina Isoctano 

 Figura 51: Isoparafinas. Molécula superior: C15H32 Molécula inferior C12H26 (querosenes)

Com base nos compostos acima, escreva as classificações quanto às cadeias carbônicas de cada composto.

Solução:

Gás metano: Possui cadeia aberta ou acíclica, saturada, normal, homogênea.

Gasolina: Possui cadeia aberta ou acíclica, saturada, ramificada, homogênea.

 

~ 39 ~  

Os querosenes: Possuem cadeias abertas ou acíclicas, saturadas, ramificadas, homogêneas.

2-Pireno hidrocarbonetos de núcleo condensado, obtido no resíduo da destilação pirolítica do alcatrão do carvão em éter e insolúvel em água apresenta a seguinte fórmula estrutural plana:

  

Figura 52: Molécula do pireno

Responda qual é a forma molecular do Pireno e sua classificação carbônica:

Solução:

Fórmula molecular: C16H10

Possui cadeia carbônica cíclica ou fechada, aromática.

~ 40 ~  

CAPÍTULO 3: NOMENCLATURA DE COMPOSTOS ORGÂNICOS E HIDROCARBONETOS:

GN X GLP - Semelhanças e Características.

O gás natural é um combustível fóssil encontrado em rochas porosas no subsolo, podendo estar associado ou não ao petróleo, onde se apresenta de forma inodora e incolor, não é tóxico e é mais leve que o ar. Gás natural, por ser encontrado no subsolo terrestre ou marinho, é composto por hidrocarbonetos, cujo maior parte dessa composição (cerca de 70%) é de metano CH4. Já em menores quantidades podemos encontrar gases como CO2, N2, H2S, água, ácido clorídrico, metanol e outras impurezas. A exploração do gás natural consiste na pesquisa e perfuração do poço. Já na sua produção, o gás deve passar por vasos separadores que serão delineados e equipados para tirar os hidrocarbonetos e água que estiverem em estado líquido e as partículas sólidas.

Figura 53: Representação dos produtos obtidos através 

do petróleo

O uso do GN nas residências seja para cozimento, seja para calefação, além da segurança e praticidade, tem a vantagem de substituir o GLP (derivado de petróleo importado pelo Brasil), que exige complexa infra-estrutura de transporte e armazenamento.

C1 a C4 (20º) 

Gases

Nafta (70º) 

C5 a C10 (120º) 

Gasolina 

C10 a C16 (170º) 

Querosene 

C14 a C20 (270º) 

Diesel  

C20 a C50  

Óleos Lubrificados 

C20 a C70 FUEL (600 º) 

> C70Resíduo/ Alcatrão 

~ 41 ~  

Mais conhecido como “gás de cozinha”, o GLP (Gás Liquefeito de Petróleo) é utilizado em maior quantidade, cerca de 90% para cocção de alimentos, podendotambém ser encontrado como combustível industrial em fábricas, na utilização deCombustíveis de empilhadeiras em ambientes fechados.

O GLP é armazenado em botijões cilíndricos no estado líquido com aproximadamente 13 kg de gás. Sua obtenção é em maior parte através do refino do petróleo podendo também ser obtido nas Unidades de Processamento de Gás Natural. Nas refinarias, o GLP é um dos subprodutos do fracionamento, sendo obtido a uma temperatura de aproximadamente 70 °C. É um dos primeiros hidrocarbonetos retirados da coluna de destilação. Uma característica marcante do GLP é não possuir cor nem cheiro próprio. No entanto, por motivo de segurança, uma substância do grupo Mercaptan¹ é adicionada ao GLP ainda nas refinarias. Ela produz o cheiro característico quando há um vazamento de gás. O GLP não é uma substância tóxica, porém se inalado em grande quantidade, produz efeito anestésico.

Curiosidades sobre o gás: O gás não associado caracteriza-se pela ausência de óleo ou ínfima presença. No caso de gás associado, sua produção está intimamente vinculada à produção do petróleo, diferentemente dos reservatórios de gás não associado. Daí a necessidade de manter-se o preço do gás atrelado a um combustível cujos custos sejam estáveis. Igualmente, a composição do gás natural também é bastante variável, dependendo também de estar ou não associado.

 

Figura 55: Flare em unidade industrial. 

Fundamentalmente, compõe-se de metano, etano e propano. Apesar da pequena quantidade, é bastante comum estar contaminado com nitrogênio, dióxido de carbono, água e compostos de enxofre.

Da mesma forma que o GLP, o gás natural também é inodoro, incolor, inflamável. Assim sendo, por questões de segurança, é impregnado com compostos de enxofre que, apesar de caracterizar-lhe o odor, não tem propriedades corrosivas. Apesar de ser transportado basicamente por dutos,

Figura 54: Armazenamento de GLP em botijão (gás de cozinha)

 

~ 42 ~  

em seu estado gasoso, o gás natural também pode ser pressurizado e transportado em cilindros (GNC) ou ainda em estado líquido (GNL), onde seu volume é reduzido em aproximadamente 600 vezes, facilitando o transporte em caminhões, navios ou barcaças criogênicos (-1600C).

No próximo tópicoserá conhecido todo o grupo ao qual o gás natural pertence, suas funções e aplicabilidades, e também como esses compostos são chamados oficialmente, seguindo normas e procedimentos.

3.1- Nomenclatura De Compostos Orgânicos E Hidrocarbonetos:

Grupo funcional: é o átomo ou grupo de átomos responsáveis pelas propriedades químicas dos compostos pertencentes a uma determinada função química.

A nomenclatura orgânica oficial começou a ser criada em 1892 em um congresso internacional em Genebra, após várias reuniões surgiu a nomenclatura IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada) Hidrocarbonetos são compostos formados exclusivamente por carbono e hidrogênio. A fórmula geral dos hidrocarbonetos é CxHy. Sendo que x representa o número de átomos de carbono e y é o número de átomos de hidrogênio.

Os hidrocarbonetos se dividem em: alcanos, alcenos, alcinos, alcadienos, cicloalcanos, cicloalcenos e hidrocarbonetos aromáticos.

Pela IUPAC, a nomenclatura dos hidrocarbonetos pode ser obtida tanto pela maneira oficial que é pela IUPAC quanto pela maneira usual.

NOMENCLATURA OFICIAL PELA IUPAC:

COMPOSTO ORGÂNICO DE CADEIA NORMAL.

PREFIXO+INFIXO+SUFIXO Nº de C+tipo de ligação +grupo funcional

3.2 - PREFIXO: NÚMERO DE ÁTOMOS DE CARBONO:  

Indica o número de átomos de carbono pertencentes à cadeia principal.

1C = MET  

6C = HEX  11C = UNDEC 

~ 43 ~  

2C = ET  7C = HEPT  12C= DODEC 

3C = PROP  8C = OCT  13C = TRIDEC 

4C = BUT  9C = NON  15C = PENTADEC 

5C = PENT  10C = DEC  20C = EICOS 

Tabela 5: Prefixo para nomenclatura 

3.3 – INFIXO: TIPO DE LIGAÇÃO ENTRE CARBONOS:  

TIPO DE LIGAÇÃO ENTRE CARBONO 

EXEMPLO  INFIXO 

SIMPLES  C‐ C‐C‐C  AN 

DUPLA  C‐C=C‐C  EN 

DUAS DUPLAS  C‐C=C=C  DIEN 

TRIPLA  C‐C C‐C  IN 

DUAS TRIPLAS  C‐C C C  DIIN 

Tabela 6: Nomenclatura para os tipos de ligações 

3.4 - SUFIXO – GRUPO FUNCIONAL:  

Indica a função química do composto orgânico:

FUNÇÃO SUFIXO

HIDROCARBONETO - CXHY NO ALCOOL- OH OL

ALDEÍDOH–C=O AL

CETONA-C=O ONA

ÁC. CARBOXILÍCO H-C=OH ÓICO

AMINAS H-C-N AMIINA

ÉTER C-O-C ÓXI Tabela 7: Nomenclatura para a função química

EXEMPLOS:

~ 44 ~  

2 átomos de carbono: ET

Ligação simples: NA Função álcool: OL NOME OFICIAL: ETANOL  

Figura 56: Molécula do Etanol 

5 átomos de carbono: PENT

Ligações simples: AN Função álcool: OL Posição do carbono da função: 2 NOME OFICIAL: 2- PENTANOL

 Figura 57: Molécula do 2‐pentanol 

Posição do carbono com ligação Dupla: 2,3,5       

7 átomos de carbono: HEPT 3 ligações duplas: TRIEN Função Hidrocarboneto: NO NOME OFICIAL: 2,3,5 HEPTATRIENO

 

  Figura 58: Molécula do 2,3,5 heptatrieno 

 

Posição do carbono com insaturação: 5

Posição do carbono da função: 2 6 átomos de carbono: HEX 1 ligação dupla: EM Função Cetona: ONA NOME OFICIAL: 5 - HEXEN-2 – ONA

 

  Figura 59: Molécula do 5 – hexen‐2‐ona 

 

Para compostos com 3 ou mais carbonos, que apresentam grupo funcional ou insaturações, a cadeia carbônica deverá ser numerada pela extremidade mais próxima do grupo funcional ou da insaturação.

~ 45 ~  

Para compostos que apresentem tanto o grupo funcional quanto a insaturação a ordem de importância é .

3.5-COMPOSTOS COM CADEIA RAMIFICADA  

Escolha da cadeia principal Considerar como cadeia principal, a cadeia carbônica mais longa

possível; Engloba o maior número de insaturações; Numere a cadeia principal de forma que as ramificações recebam os

menores números possíveis (regra dos menores números); Elaborar o nome do hidrocarboneto citando as ramificações em ordem

alfabética, precedidos pelos seus números de colocação na cadeia principal e finalizar com o nome correspondente a cadeia principal;

Os números são separados uns dos outros por vírgulas e os números devem ser separados das palavras por hífens;

Quando a cadeia for mista, preferencialmente a cadeia principal é a parte alicíclica ou aromática.

Nomenclatura dos Radicais

O que fica por fora da cadeia principal é conhecido como radical. Na figura 3.8, segue um exemplo de nomenclatura com cadeia ramificada.

 

Figura 60: Molécula do propil‐ciclobutano (à esquerda) e 3,4 dimetil‐heptano (à direita)  Localização dos radicais na cadeia principal

A localização deve ser informada pela numeração dos carbonos da cadeia;

A cadeia deve ser numerada a partir dessa ordem de importância:

Grupo funcional >insaturação> radical

Exemplo:

~ 46 ~  

 Figura 61: Molécula de 5‐metil‐2‐hexanol. 

Obs.: O 2 indica onde a hidroxila está localizada  

     

 

No caso de haver dois, três, quatro, etc. grupos iguais ligados na cadeia principal, usam-se os prefixos di, tri, tetra, etc. diante dos nomes dos grupos.

Os prefixos di, tri, tetra, iso, sec, terc, não são levados em consideração na colocação dos nomes em ordem alfabética.

 

Figura 62: Exemplo de radicais mais comuns 

 

~ 47 ~  

          

Figura 63: Exemplo de nomenclatura de cadeias longas 

3.6-FUNÇÕES QUÍMICAS:

Classe de compostos que apresentam propriedades químicas semelhantes.

As principais são:

3.6.1-Hidrocarbonetos:

Os hidrocarbonetos são muito importantes porque formam o "esqueleto" das demais funções orgânicas.

São compostos que apresentam em sua composição átomos de Carbono e Hidrogênio. Vejamos as características dos principais Hidrocarbonetos

ALCANOS:

Hidrocarbonetos alifáticos saturados, isto é, apresentam cadeia aberta com simples ligações apenas. Fórmula geral: CnH2n+2 . Também conhecidos como parafinas.

Hidrocarboneto Sais de Ácido Carboxílico DerivadosHalogenados Cloretos de Ácidos Álcool Anidridos de Ácidos Fenol Éster Cetona Éter Aldeído Amina Ácido Carboxílico (óico) Amida

Tabela 8: Semelhança entre os compostos químicos

~ 48 ~  

EXEMPLO:

BUTANO C4H10   

 Figura 64: Estrutura molecular do butano 

  

ALCENOS OU OLEFINAS:

Hidrocarbonetos alifáticos insaturados que apresentam uma dupla ligação. Fórmula geral: CnH2n . Também conhecidos por hidrocarbonetos etilênicos, são hidrocarbonetos de cadeia aberta (acíclicos) contendo uma única dupla ligação.

EXEMPLO:

ETENO C2H4

 Figura 65: Estrutura molecular do eteno 

ALCINOS OU ALQUINOS

Alcinos, alquinos ou hidrocarbonetos acetilênicos são hidrocarbonetos acíclicos contendo uma única ligação tripla. Possuem fórmula geral CnH2n-2.

EXEMPLO:

ETINO: C2H2

 Figura 66: Estrutura molecular do etino  

ALCADIENOS:

~ 49 ~  

São hidrocarbonetos acíclicos (abertos) contendo duas duplas ligações. Possuem fórmula geral: CnH2n-2.

EXEMPLO:

1,3 BUTADIENO C4H6

 

 

 

A CLASSIFICAÇÃO DOS HIDROCARBONETOS DE CADEIAS ABERTA É DADA POR:

Hidrocarboneto Cadeia Aberta Exemplo Fórmula Geral Alcano ou Parafina Só ligações simples

CnH2n + 2

Alqueno ou Alceno ou Olefina

1 ligação dupla

CnH2n

Alquini ou Alcino 1 Ligação Tripla CnH2n-2

Alcadieno ou Dieno 2 Duplas Ligações CnH2n-2

Tabela 9: Quadro com o resumo dos hidrocarbonetos alifáticos

CICLOALCANOS:

Apresentam cadeia fechada com apenas simples ligações. Possuem fórmula geral CnH2n onde "n" deve ser maior ou igual a 3.Na indústria do petróleo, eles são chamados de hidrocarbonetos naftênicos. Também são conhecidos por ciclanos ou cicloparafinas.

EXEMPLO:

CICLOHEXANO C6H12

CICLOALCENOS:

 Figura 67: Estrutura molecular do butadieno  

Figura 68: Estrutura molecular do ciclohexano 

~ 50 ~  

São hidrocarbonetos cíclicos insaturados por uma dupla ligação. A fórmula geral é CnH2n-2. Também chamados deciclenos ou ciclo-olefinas ou ciclo-alqueno. Ele é muito útil na formulação de remédios, na área da medicina.

EXEMPLO:

CICLOBUTENO C4H6

HIDROCARBONETO AROMÁTICO

São os hidrocarbonetos que possuem um ou mais anéis benzênicos, que também são chamados de anéis aromáticos. Para ser anel benzênico, tem que ter 6 átomos de carbono realizando ligações simples e duplas alternadas. Fórmula Geral: CnH2n-6. São encontrados em óleos de baleia, casca de árvores e carvão mineral.

EXEMPLO:

ANEL BENZENO C6H6

RESUMINDO A CLASSIFICAÇÃO DOS HIDROCARNONETOS DE CADEIAS FECHADA TEMOS:

Hidrocarbonetos Cadeia Cíclica Exemplo Fórmula Geral Ciclo Alcano ou Ciclano

Ligações Simples CnH2n

Ciclo Alqueno ou Cicleno

1 Ligação Dupla CnH2n-2

Aromático ou Areno

Com Anel Benzênico -----------

Tabela 10: Resumo dos hidrocarbonetos cíclicos

 Figura 69: Estrutura 

molecular do ciclobuteno

 Figura 70: Estrutura 

molecular do Benzeno 

~ 51 ~  

ÁLCOOL

Todo composto orgânico que apresenta em sua estrutura a hidroxila (-OH), que deve estar ligada a um átomo de carbono saturado.(R-OH) (OH ligado a carbono saturado), onde R= grupo ou grupamento orgânico; Ar = anel aromático ou anel benzênico.

EXEMPLO:

ETANOL

C2H5 – OH

FENOL

Compostos orgânicos que contêm o grupo funcional Hidroxila (-OH) ligado diretamente a um carbono de anel aromático. São ácidos em razão do hidrogênio ionizável ligado ao oxigênio. São antibacterianos efungicidas.

EXEMPLO:

FENOL

C6H6-OH

ÉTER

Compostos que apresentam um átomo de Oxigênio entre dois radicais orgânicos. Quando esses radicais forem iguais, o éter é chamado de simétrico, e assimétrico caso contrário. R-O-R' ou Ar-O-Ar

Eles possuem caráter básico, são geralmente usados como anestésicos ou solventes. São pouco solúveis em água (cadeia pequena), e totalmente insolúveis quando a cadeia carbônica for longa. São altamente inflamáveis e voláteis.

 Figura 71: Etanol em sua forma 

molecular

 Figura 72: Estrutura molecular do fenol 

~ 52 ~  

EXEMPLO:

ETILMETOXIMETANO

CH3CH3 – O – CH3

ALDEÍDO

Os aldeídos são uma função orgânica cujas moléculas apresentam a fórmula (H-C=O) ligado a um radical alifático (de cadeia aberta ou fechada) ou a um radical aromático. (H-COH ou R-COH ou Ar-COH)

A fórmula básica dos aldeídos é a de um álcool correspondente em número de carbonos menos dois átomos de hidrogênio, ou ainda, a substituição de dois átomos de hidrogênio de um hidrocarboneto por um de oxigênio.

De uma forma geral, os aldeídos de menor massa molecular apresentam odor desagradável (a exemplo do formol), enquanto que os de maior massa possuem odor agradável de frutas (odoríferos naturais).

EXEMPLO:

METANAL

H-COH

CETONA (R-CO-R' ou R-CO-Ar ou Ar-CO-Ar)

As cetonas são compostos orgânicos que contém o grupo funcional carbonila ligado a dois radicais.

As cetonas são obtidas através da oxidação de alcoóis secundários (o oxigênio se ligará ao hidrogênio do carbono secundário, o que é muito instável), que formará então a cetona + água:

Figura 73: Estrutura molecular do metoximetano

 Figura 74: Formaldeído (metanal) em sua forma 

molecular

~ 53 ~  

EXEMPLO:

Propanona H6C-C=O

Além dos ésteres; os aldeídos e as cetonas voláteis também possuem propriedades odoríferas, fazendo parte dos aromas de frutas, flores e outros

materiais de origem natural.

O uso destes compostos na indústria de perfumes é muito comum, os aldeídos constituem uma das principais famílias olfativas empregadas na confecção de perfumes. O citral, um dos componentes mais comuns de perfumes com toques cítricos, é na verdade uma mistura de dois aldeídos isoméricos: o geranial e o neral. O famoso Chanel no 5, criado em 1925 por Ernest Beaux, foi o primeiro perfume famoso a empregar aldeídos sintéticos em sua composição.

Cetonas também são muito utilizadas na indústria de perfumes. Uma delas, a muscona, cujo nome oficial é (R)-3-metilciclopentadecanona, é o principal componente do odor de almíscar, que na natureza é encontrado em glândulas presentes nas quatro espécies de veado almiscareiro (Moschusssp)Outras cetonas naturais empregadas em perfumaria são a civetona, obtida da civeta africana, a jasmona, extraída do jasmim, e a α-irona, componente do aroma de violetas.

 Figura 75: Fórmula 

molecular da propanona, ou comercialmente 

conhecida como acetona.

 

Figura 76: Reação de oxidação para formação de uma cetona

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ÁCIDO CARBOXÍLICO:

Os ácidos carboxílicos são caracterizados pelo grupo carboxila (-COOH), ligado a um carbono da cadeia principal. Afórmula estrutural plana da carboxila é:

Esses compostos são ácidos fracos, mesmo assim são os compostos orgânicos mais ácidos. Quando têm mais de 10 carbonos, são conhecidos como ácidos graxos. No ser humano, esses ácidos estão presentes no suor, o que faz com que alguns animais reconheçam seus donos apenas pelo cheiro que exalam.

Podem ser obtidos pela oxidação de alcoóis ou aldeídos.

EXEMPLO:

Ácido Metanóico:

HCOOH

AMINAS:

As aminas são compostos orgânicos derivados da amônia (NH3), onde os hidrogênios são substituídos por radicais orgânicos.Elas são classificadas em primárias quando há apenas um radical orgânico preso ao nitrogênio; secundárias se forem 2 radicais; e terciárias se forem 3 radicais.

 Figura 77: Estrutura molecular do ácido 

metanóico

O ácido metanóico é um líquido incolor decheiro irritante, que ao ser injetado nos tecidos, provoca dor, é denominado também como ácido fórmico. Este nome provém de seu histórico: o ácido foi extraído a partir da maceração de formigas. Daí o porquê da irritação causada na pele ao ser injetado, é a mesma da picada de formigas. Figura 78: Ácido metanóico 

(fórmico) presente nas formigas

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EXEMPLO:

Amina primária: CH3-NH2 (metanoamina) Amina secundária: CH3-NH-CH3 (dimetanoamina) Amina terciária: (trimetanoamina)

Figura 79: Exemplo de amina terciária

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EXERCICIOS RESOLVIDOS:

1- O gás natural é usado como combustível em residências, nos fogões, aquecedores de água e, em países de clima frio, nos sistemas de calefação. É utilizado também como combustível industrial no aquecimento de caldeiras onde água é transformada em vapor. Este, por sua vez, é utilizado para movimentar turbinas.

O gás natural não é usado apenas como combustível. Diversos subprodutos do gás natural bruto, como o metano, o etano, o propano e o butano são usados como matéria-prima na obtenção de substâncias sintéticas. Os subprodutos do gás natural são separados uns dos outros por compressão, que os transformam em líquidos a temperaturas diferentes.

Represente na forma de estruturas e molecular os hidrocarbonetos que representam o produto e os subprodutos do gás natural.

Solução:

Como o GN é constituído basicamente de metano temos a seguinte fórmula estrutural: E sua fórmula molecular é: CH4

 Figura 80: Estrutura molecular do 

metano

O etano encontra-se no petróleo, no gás natural e no gás das instalações de coque, podendo também ser obtido por adição de hidrogênio ao etileno. O etano é usado principalmente para aquecimento. Para o etano temos a seguinte estrutura: E sua fórmula molecular é: C2H6

 Figura 81: Estrutura molecular do 

etano

O propano tem sua estrutura representada ao lado. E sua fórmula molecular é: C3H8

 Figura 82: Estrutura molecular do 

propano

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O butano representado pela estrutura ao lado É um gás e sua fórmula molecular é: C4H10

Figura 83: Estrutura molecular do butano

 Os compostos exemplificados acima são chamados de hidrocarbonetos saturados, porque os átomos de carbono unem-se por apenas uma ligação de valência. Compostos saturados não podem aceitar hidrogênio adicional.

2-Da refinação do petróleo obtém-se a fração que constitui o GLP, cuja composição química predominante consiste de hidrocarbonetos

(A) ramificados.

(B) alicíclicos

(C) aromáticos.

(D) saturados.

(E) insaturados.

Solução:

Resposta letra D. Os hidrocarbonetos presentes no GLP (mas comumente chamado de “gás de cozinha”) é composto praticamente de etano, propano e butano, que são saturados por terem apenas ligações simples.

 

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CAPÍTULO 4: ISÔMEROS E OCOTIDIANO  

Com o avanço da tecnologia e suas novas criações para uma melhor e mais saudável expectativa de vida, vemos como a química orgânica participa do cotidiano das pessoas, um exemplo simples e corriqueiro disso é quando vamos ao supermercado e procuramos pelos alimentos sem gorduras trans.

Mas o que são e para que utilizamos esses alimentos?

Os alimentos trans são um tipo de gordura obtido por um processo químico industrial, onde através da hidrogenação é possível transformar óleos vegetais líquidos em gorduras sólidas.

A resposta a esse tipo de fenômeno das gorduras trans, devemos as diversas técnicas de determinação da estrutura da molécula, onde para os “trans” temos um conjunto de moléculas que possuem iguais formas empíricas. A esse tipo de igualdade chamamos de isomeria.

A isomeria ocorre quando dentre dois compostos temos a mesma fórmula molecular, mas diferentes estruturas moleculares e propriedades. No entanto, os isômeros não atuam somente na indústria alimentícia em gorduras, mas também nos açúcares e em vários outros setores como a indústria farmacêutica, de fragrâncias entre outras.

 Figura 84: Talidoamida e seus isômeros S e R 

Usamos os isômeros na indústria farmacêutica para conseguir um desejado efeito ou efeito nenhum de um determinado medicamento como, por exemplo, a talidomida, (C13H10N2O4) uma substância usualmente utilizada como medicamento sedativo, antiinflamatório e hipnótico, é um derivado do ácido glutâmico cuja estrutura possui dois anéis amida e um único centro quiral. Este composto existe na forma dos isômeros S(-) e R(-) que se interconvertem rapidamente em condições fisiológicas. O enantiômero S está relacionado com os efeitos teratogênicos da talidomida enquanto que o enantiômero R é responsável pelas propriedades sedativas da mesma.

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No tópico a seguir veremos como funciona na indústria a utilização dos isômeros e sua importância no mundo químico e na saúde.

Figura 85: Limoneno nas suas formas ópticas (a) é o (S) com odor de limão e o (b) 

é o (R) com odor de laranja.

Já as moléculas do limoneno, um composto químico oleoso, que pode ser encontrado nas cascas de frutas cítricas, sobretudo de limões e laranjas, e de alguns pinheiros, é volátil e incolor, o d-limoneno é considerado uma das fontes mais puras de terpeno monocíclico. Apresenta isomeria óptica cujo enantiômero S ocorre no fruto dos pinheiros e tem cheiro semelhante ao da terebintina, já o seu isômero R é o que produz o odor das laranjas.

  (b)  (a) 

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4- OS ISÔMEROS E A INDÚSTRIA  

A isomeria estuda as diferentes formas moleculares que um mesmo composto pode ter, e por causa dessa diferença estrutural, esses compostos possuem diferentes propriedades químicas. Por serem muito estudados na química, os isômeros passaram a ter grande influência no ramo industrial, onde seus feitos apresentam várias formas de aplicação em diversos tipos de indústrias como na indústria alimentícia, usado no processo de hidrogenação formando a gordura trans. Quem nunca ouviu falar de alimentos trans? Pois é, o mercado alimentício hoje está voltado para alimentos mais saudáveis que melhorem as condições de vida bem como sua qualidade.

 Figura 86: Manteiga, alimento rico 

em ácidos graxos.

Os alimentos trans são, portanto, nada mais que a composição dos triacilgliceróis cujas moléculas são formadas do glicerol e ácidos graxos podendo ser saturados ou insaturados, ou seja, são formados através de um processo químico de hidrogenação, onde as moléculas de gorduras “recebem” o hidrogênio sob altas temperaturas e pressão.

No entanto, essas gorduras trans são prejudiciais à saúde, pois contribuem para formar as placas nas artérias aumentando assim, os riscos de um enfarte ou derrames, além de contribuir para obesidade. Um exemplo comum e bastante utilizado dessas gorduras são as margarinas. Sabendo disso, as indústrias têm trabalhado no processo de alimentos livres de gorduras trans.

 

Figura 87: Reação de esterificação 

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 Figura 88: Ácidos graxos

 Para as gorduras trans, na parte química, as moléculas têm os hidrogênios ligados aos carbonos pela conformação Trans, já para a forma Cis, a gordura é não saturada. Em função da presença de uma insaturação entre átomos de carbono, tem-se a possibilidade de ocorrência dos dois isômeros geométricos: Cis e trans. Em virtude da tensão provocada por dois seguimentos volumosos presentes do mesmo lado da ligação dupla, os isômeros cis são termodinamicamente menos estáveis (Solomons e Fryhle, 2005).

Figura 89: Alimentos que contém ácidos graxos. 

Ácidos Graxos Trans:

Os isômeros trans de ácidos graxos na alimentação humana são encontrados na maioria das vezes em frituras, no processo de hidrogenação de óleos e vegetais entre outros.

Já nos alimentos vindos de animais mamíferos como os bovinos, temos os ácidos graxos trans obtidos naturalmente através das carnes, leites e derivados. (Wolff, 1994; Martin e cols., 2005)

Atualmente, os principais alimentos que contêm um significativo teor de ácidos graxos trans são: sorvetes, chocolates diet., barras achocolatadas, salgadinhos de pacote, bolos/tortas industrializados, biscoitos, bolachas com creme, frituras comerciais, molhos prontos para salada, massas folhadas, produtos de pastelaria, maionese, cobertura de açúcar cristalizado, pipoca de micro-

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ondas, sopas enlatadas, margarinas, cremes vegetais, gorduras vegetais hidrogenadas, pães e produtos de padarias e batatas fritas entre outros.

Hidrogenação de óleos vegetais:

Os ácidos graxos trans tem como principal fonte de obtenção a hidrogenação parcial de óleos vegetais usados na produção de margarina e gordura hidrogenada. Após a descoberta de que esses alimentos possuem efeitos prejudiciais à saúde, principalmente o colesterol, a sua substituição por gorduras vegetais hidrogenadas foi impulsionada.

Industrialmente, a hidrogenação é conduzida em tanques herméticos, nos quais é feita a mistura do óleo com hidrogênio e um catalisador, geralmente níquel finamente dividido, a temperaturas superiores a 180ºC, com pressões entre 0,5 e 4 atm (Ribeiro e cols., 2007).

O mecanismo da reação tem início com a adsorção da molécula de hi-drogênio na superfície do catalisador metálico, havendo o rompimento da ligação entre os átomos de hidrogênio e a formação da ligação do hidrogênio com o metal decorrente do emparelhamento do elétron do hidrogênio com um elétron desemparelhado do catalisador metálico. A molécula de triacilglicerol adsorve na superfície do catalisador mediante a interação da ligação π com o catalisador metálico. Em seguida, ocorre a transferência dos átomos de hidrogênio para a molécula orgânica com o rompimento da ligação π e formação de uma ligação saturada entre átomos de carbono. Por fim, tem-se a dessorção da molécula hidrogenada e a liberação dos sítios metálicos para uma nova etapa de hidrogenação (Solomons e Fryhle, 2005).

Isomerização de ácidos graxos Cis:

Nas condições da hidrogenação, em paralelo à adição de hidrogênio, também ocorrem reações de isomerização das ligações duplas remanes-centes. As reações de isomerização são de dois tipos: conversão cis-trans e mudança de posição da ligação dupla ao longo da cadeia carbônica. Como a isomerização de posição não altera o tipo de isômero geométrico, os principais estudos reportam apenas a reação de formação dos isômeros trans.

Um provável modelo para que ocorra a reação isomerização durante o processo de hidrogenação, tem início na ligação da molécula de ácido insaturado à superfície do catalisador por meio de sua interação com a ligação π.

 Figura 90: Reação de isomerização cis‐trans

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Entretanto, essa interação não é estável e se o ácido se desligar antes da adição de hidrogênio, tem-se a regeneração da ligação dupla. Todavia, como a configuração trans é mais estável termodinamicamente, esse isômero é formado preferencialmente frente à configuração cis (Doyle, 1997; Semma, 2002).

4.1- ISÔMEROS:  

Os isômeros são compostos que possuem fórmulas moleculares iguais, mas propriedades químicas diferentes devido às fórmulas estruturais diferentes.

Isômeros são compostos que sofrem isomeria. A palavra isômero vem do grego (iso = igual, meros = partes).

A isomeria é bastante comum na química orgânica, podendo ser separada em dois tipos fundamentais que são a isomeria de constituição e a estereoisomeria.

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Para um melhor entendimento desta divisão segue o seguinte fluxograma:

4.2- ISOMERIA PLANA:

Na isomeria plana, os isômeros diferem um dos outros, apenas pela fórmula estrutural plana. Este tipo de isomeria pode ser dividido em cinco, veja:

I- Isomeria de constituição:

Os isômeros podem ocorrer dentro da mesma função ou entre funções diferentes.

 Figura 91: Classificação utilizada na isomeria

  Fórmula Molecular Isômeros constitucionais Diferente esqueleto carbônico

C4 H10 (n-butano) e Isobutano

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II- Isomeria de posição:

Os isômeros pertencem à mesma função química e possuem a mesma cadeia

carbônica, diferenciando-se apenas pela posição de uma ramificação, de um

grupo funcional, ou uma insaturação(ligações duplas, ou triplas).

Isomeria de constituição dentro da mesma função:

III- Isomeria de cadeia ou núcleo:

Diferente posição do grupo funcional

C3 H7 Cl 1-cloropropano 2-cloropropano

Diferente grupo funcional

C6 H6 O Álcool etílico terdimetílico

Tabela 11: Quadro com a classificação dos isômeros por grupo funciona

  

Figura 92:Exemplos de isômeros de posição: Cloropropano e metil‐fenol (fig. superior) e pentino (fig. Inferior)

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Os isômeros pertencem à mesma função química, mas possuem cadeias carbônicas diferentes.

Isomeria de constituição entre funções diferentes:

IV- Isomeria de função:

Os isômeros pertencem a funções químicas diferentes.

 Figura 94: Exemplos de isômeros funcionais: Álcool e éter (fig. superior), Ácido Carboxílico e éster (fig. 

esquerda), Álcool e fenol (fig. direita) Na figura 94, tanto o Penteno como o Ciclopentano são hidrocarbonetos, confirmando a sua isomeria de cadeia.

 

Figura 93: Exemplos de isômeros de cadeia: butano (sem e com ramificação, fig. esquerda) e Penteno (cadeia aberta e fechada, fig. direita)

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Metameria ou isomeria de compensação:

Os isômeros pertencem à mesma função e apresentam a mesma cadeia carbônica, mas apresentam diferença na posição do heteroátomo. A metameria pode ser considerada um caso de isomeria de posição. (Heteroátomo - átomo dentro da cadeia carbônica diferente do carbono. São considerados heteroátomos: N, O, P, S.)

 

Figura 95: Isomeria de compensação entre: ésteres (fig. acima), aminas (fig. abaixo) 

V- Tautomeria:

É um caso especial de isomeria de função. A tautomeria acontece quando ocorre um rearranjo de átomos ou grupo de átomos em uma molécula. Isso ocorre como em uma reação, onde um composto se transforma em outro, sendo mantido um equilíbrio.

Os principais casos da tautomeria (tautos = dois de si mesmo) envolvem compostos hidrogenados.

 

Figura 96: Tautomeriaaldo ‐ enólica (fig.esquerda)  e ceto ‐ enólica  (fig. direita)

4.3- ISOMERIA ESPACIALOU ESTEREOISOMERIA: 

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Os isômeros espaciais possuem a mesma fórmula molecular e também a mesma fórmula estrutural plana, diferenciando apenas nas fórmulas estruturais espaciais.

Os isômeros espaciais podem ser divididos em geométricos e ópticos.

I- Isomeria geométrica (cis-trans ou Z-E):

Os isômeros são compostos que possuem a distribuição espacial diferente. Este tipo de isomeria espacial ocorre, caso existam ligações duplas ou cadeia fechada ou ainda, os ligantes estejam ligados a carbonos diferentes. Os isômeros podem ser classificados como cis(Z) ou trans (E):

I.Cis(Z) -Do mesmo lado, juntos, no mesmo lado do plano de simetria.

II.Trans (E) -Em lados opostos do plano de simetria.

Os isômeros cis e trans possuem propriedades físicas diferentes, tais como, ponto de fusão (PF), ponto de ebulição (PE) e densidade.

Figura 97: Isomeria cis‐trans do 1,2‐ dicloro etileno (fig. esquerda)e  do 2‐buteno (fig. direita)

Figura 98: Isômeros cis‐trans do dibromo ‐ciclopropano

 

II- Isomeria óptica:

Diferente de todos os isômeros, os ópticos não possuem propriedades físicas diferentes, tais como PF, PE e densidade. Apenas podemos diferenciá-los

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quando eles estão frente a luz polarizada.Há três maneiras de uma molécula ser assimétrica:

Possuindo carbono assimétrico (por definição, é o átomo de carbono que possui 4 ligantes diferentes e que também pode receber o nome de carbono quiral),

Possuindo um anel assimétrico ou sendo um derivado especial do propadieno.

Apresentando carbono assimétrico.

Os isômeros ópticos podem ser separados em dois grupos, os levógiros e os dextrógiros.

Levógiros ("l" ou "-")

São os isômeros que desviam a luz polarizada para a esquerda.

Dextrogiros ("d" ou "+")

São os isômeros que desviam a luz polarizada para a direita.

Luz polarizada é um conjunto de ondas eletromagnéticas que se propagam em apenas uma direção. Numa lâmpada incandescente a fonte de luz é não polarizada, pois a luz é emitida em todas as direções. Para tornar esta luz polarizada basta utilizar um polarizador, que terá a função de direcionar apenas uma direção de luz.

  

Figura 99: Forma de propagação da luz não polarizada e luz polarizada  

Onde temos a seta de duas pontas significa que a propagação da onda eletromagnética esta no formato de luz polarizada.

Os isômeros ópticos são compostos capazes de desviar a luz polarizada. Os possíveis sinônimos para isômero óptico são: antípoda óptico, enantiômero e enantiomorfo.

Caso o isômero óptico provoque o giro da luz polarizada para a direita, o enantiômero é denominado Dextrógiro (D, +). Caso o enantiômero provoque o giro da luz polarizada para a esquerda, o composto é denominado levógiro (L,

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-).É necessário atenção, pois os enantiômeros não são superponíveis, assim o levógiro não se superpõe ao dextrógiro.

  

Figura 100: Representação de isômeros ópticos refletidos como num espelho. 

O fato de um composto provocar o "giro" da luz polarizada, faz com que ele possua atividade óptica. Atividade óptica só é possível em moléculas assimétricas, ou seja, moléculas que possuem carbono quiral (ou estereocentro).

 

 

O carbono quiral é marcado com um (*) e este possui todos os ligantes diferentes.

Os compostos enantioméricossão a imagem especular do outro, ou seja, um é a imagem refletida do outro. No entanto, eles não são superponíveis. Como suas mãos, direita e esquerda. Uma é a imagem da outra, mas não são superponíveis.

Mistura racêmica:

É uma mistura de isômeros ópticos, ou seja, é uma mistura de 50% de levógiro e 50% de dextrógiro. A quantidade de isômeros opticamente ativos, pode ser dada a partir da quantidade de carbonos quirais em uma molécula.

 Figura 102: Dois estereocentros (carbonos quirais) 

IOA- isômero oticamente ativo IOA = 2n, sendo n o número de estereocentros.

 Figura 101: Representação carbono quiral. 

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Para a molécula da figura 102, temos:

IOA = 22 = 4, 4 isômeros ópticos ativos

Curiosidades: AÇÚCAR INVERTIDO Por que o termo “invertido” para este açúcar? Já ouviu falar do açúcar invertido? Talvez nunca tenha ouvido falar dele, mas com certeza já o experimentou. Sabe aqueles deliciosos chocolates com recheios cremosos? Quando você os morde, o doce contido escorre pela boca, temos aí o açúcar invertido. A explicação para o termo se baseia na isomeria da molécula. Vejamos o modo de preparo deste açúcar:

   

 Figura 103: Mistura 

água+açúcar

O açúcar comum, conhecido como sacarose, é composto de moléculas de glicose e frutose. Se aquecermos o açúcar na presença de água ocorrerá a reação química chamada hidrólise.

Equação do processo:

O procedimento provoca a quebra da sacarose em dois açúcares que formam a sua molécula: glicose e frutose. Quando esta reação ocorre com a adição de um ácido, surge uma espécie de xarope que foi batizado de açúcar invertido. O termo "invertido" decorre de uma característica física da sacarose: ela inverte o plano da luz polarizada quando submetida à análise noaparelho polarímetro (aparelho óptico que permite identificar se umasubstância possui poder rotatório e se é dextrógira ou levógira). Análise de açúcar no polarímetro

O raio de luz polarizada que incide sobre o açúcar comum gira para a direita, ou seja, a sacarose é originalmente uma molécula dextrógira (D,+). Mas após o procedimento descrito, a luz incidente passa a ser desviada para a esquerda, portanto o açúcar invertido é levógiro (L, -). Utilização do açúcar invertido

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Este açúcar é vastamente utilizado na fabricação de balas e biscoitos.

A aplicação em balas previne a cristalização do açúcar (fator desagradável que dá ao produto a consistência arenosa e seca). A função do açúcar invertido em biscoitos é proporcionar ao produto maciez e coloração caramelada. (“Por Líria Alves, Graduada em Química, Equipe Brasil Escola, JANEIRO 2012”)

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EXERCICIOS RESOLVIDOS:

1- O limoneno, de nomenclatura IUPAC 1-metil-4-isopropenilciclohex-1 eno, é um hidrocarboneto cíclico insaturado que pertence à família dos terpenos. Trata-se de um líquido incolor, volátil e oleoso naturalmente encontrado nas cascas das frutas cítricas, sobretudo de limões e laranjas, e de alguns pinheiros. É, inclusive, o responsável pelo forte odor característico dessas frutas. De forma molecular C10H16, ele possui um centro quiral e seus dois isômeros ópticos são o R-limoneno, que desvia a luz polarizada para a direita, e o S-limoneno, que desvia a luz polarizada para a esquerda. É um terpeno relativamente estável, resistente à hidrólise cujo universo de aplicações se expandiu bastante na última década – sendo utilizado como solvente biodegradável, componente aromático, na síntese de novos compostos etc.

Abaixo segue as seguintes estruturas moleculares dos isômeros do limoneno. Com base no texto acima responda qual isomeria se refere esses isômeros e cite exemplo de isômeros que tenha mesma isomeria do limoneno:

  

Figura 104: Isômeros do Limoneno

Solução:

Os isômeros do limoneno são do tipo estereoisomeros (Enantiômeros) e possuem isomeria óptica. Possuem características semelhantes como P.F, P.E, solubilidade em água, pressão de vapor e densidade, mas diferem na sua estrutura.

Isomeria óptica estuda o comportamento das substâncias que têm a propriedade de desviar o plano de vibração da luz, elas são, por isso, denominadas de isômeros ópticos. No mesmo contexto, temos o conceito de simetria, que define o comportamento de objetos frente ao espelho. Uma

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estrutura para ser considerada simétrica precisa apresentar um plano de simetria: quando colocada diante de um espelho reflete uma imagem idêntica a ela.

Exemplos:

  

Figura 105: Isômeros ópticos do Ácido Lático 

  

Figura 106: Isômeros ópticos do Butanol  

Como podemos observar esses dois exemplos de isomeria óptica apresentam apenas um carbono assimétrico na molécula, tendo então dois isômeros opticamente ativos, um dextrógiro e outro levógiro.

2- A hulha é uma variedade de carvão resultante da fossilização da madeira em ausência de ar. A destilação da hulha produz três frações: fração gasosa, que já foi muito usada como combustível doméstico e industrial (gás de rua), mas que tem sido substituída pelo gás natural, menos poluente e hoje é usada industrialmente como fonte de hidrogênio; fração líquida, constituída das chamadas águas amoniacais (alto teor de NH3 e usada para a obtenção de fertilizantes) e o alcatrão da hulha, maior fonte de produtos aromáticos e a partir de sua destilação é possível obter várias frações de hidrocarbonetos como, por exemplo, o benzeno, tolueno e os xilenos. Com base neste texto responda a seguinte questão:

Os compostos aromáticos são obtidos industrialmente a partir do alcatrão da hulha.Responda a que tipo de isômeros se refere os xilenos.

Solução:

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Figura 107: Da esquerda para direita os compostos são respectivamente: orto‐xileno, meta‐xileno e para‐xileno. 

Os isômeros dos xilenos correspondem à isomeria plana do tipo de posição, onde esta isomeria corresponde aos isômeros que pertencem à mesma função química e possuem a mesma cadeia carbônica, diferenciando-se apenas, pela posição de uma ramificação, de um grupo funcional, ou uma insaturação (ligações duplas, ou triplas).

Para outro exemplo de isomeria de posição temos:

 Figura 108Isomeria de posição para o álcool propílico 

 

 Figura 109: Exemplo de isomeria de posição 

Na figura 110, os três compostos mostradossão três fenóis. Eles diferem na posição de seus grupos ao longo do anel principal.  

 Figura 110: Isômeros de posição das moléculas presentes no cravo da índia (à esquerda) e na noz 

moscada (à direita) 

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Outro exemplo são essas duas moléculas na figura 110, que são respectivamente conhecidas como cravo da índia e a noz moscada, condimentos utilizados na culinária e que apresentam isomeria de posição, pois as ligações duplas das duas moléculas se encontram em posições diferentes na cadeia alifática.

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CAPÍTULO5: Reações orgânicas. Sabão: A reação que deu certo!

As reações estão presentes em todos os momentos do dia- a dia, muitas das quais nem percebemos, como o simples ato de cozinhar, cujo oxigênio do ar é o responsável pela chama, até quando ligamos o carro e o colocamos em movimento, através da queima da gasolina. Uma das reações que produz um produto muito importante no nosso cotidiano e remota dos tempos mais antigos desde antes de Cristo e cada vez mais vem sendo aprimorada é a reação de saponificação. Através dela conseguimos obter o sabão. 

 Figura 111: Sabão líquido de 

uso doméstico  

Mas, como é feito o sabão?

 

Figura 112: Sabão em barra de uso doméstico 

Nos tempos remotos, o sabão era feito a partir da mistura de cinza vegetal, rica em carbonato de potássio, e gordura animal, após fazer essa mistura era preciso esperar por um longo período para que eles reagissem entre si e formassem o sabão. Hoje, essa prática está em desuso, o sabão é feito através da saponificação cujo processo ocorre quando um éster em solução aquosa de base inorgânica origina um sal orgânico e álcool, ou seja, são sais de ácidos carboxílicos de cadeia longa (os chamados ácidos graxos).

Esses sais possuem caráter misto, em termos de solubilidade em água: por possuírem cadeia hidrocarbônica longa, esta tende a ser insolúvel em água, mas capaz de interagir com espécies apolares, como gorduras e outras que denominamos comumente sujeira. Por outro lado, possuem também uma região polar, que é o grupamento ácido carboxílico ionizado (carboxilato), capaz de interagir com moléculas de água. Assim, as moléculas de sabão podem interagir tanto com água como com gorduras, levando à dispersão destas naquele solvente, ou seja, proporcionando aquilo que chamamos limpeza. Cuja reação segue abaixo: ÓLEO OU GORDURA + BASE SABÃO + GLICEROL

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Portanto neste capítulo iremos aprender sobre as reações orgânicas e seus principais tipos aplicados a indústria.

No tópico a seguir, iremos conhecer como o sabão é formado, quais os tipos das reações e produtos obtidos no processo e como uma técnica milenar deu tão certo até os dias de hoje.

5- SAPONIFICAÇÃO: A REAÇÃO DO SABÃO.

Considerada uma das atividades industriais mais antigas da civilização, a fabricação de sabão tem como origem um período anterior ao século XXV a.C.. Esse processo era feito misturando dois ingredientes: cinza vegetal, rica em carbonato de potássio, e gordura animal. Então, era esperar por um longo tempo até que eles reagissem entre si. Atualmente o sabão é obtido de gorduras (de boi, de porco, de carneiro, etc.) ou de óleos (de algodão, de vários tipo de palmeiras) e NaOH.

Hoje esse processo é chamado de saponificação, que nada mais é quando um éster em solução aquosa de base inorgânica origina um sal orgânico e álcool.

Os sabões são um tipo de detergente simples, que compreendem todos os sais de ácidos gordurosos, eles podem ser divididos em sabão duro ou sódicos e moles ou potássicos, já os detergentes são produtos sintéticos também conhecidos como surfactantes, são destinados a retirar os detritos de superfícies solidas lisas ou porosas.

SABÕES E DETERGENTES - ESTRUTURAS E PROPRIEDADES

Uma aplicação muito importante dos ácidos carboxílicos é na fabricação dos sabões. Mas o que é um sabão?

 

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Figura 113: Estrutura de um sal de ácidos carboxílicos, mostrando seu caráter misto  Sabões são sais de ácidos carboxílicos de cadeia longa (os chamados ácidos graxos). Esses sais possuem caráter misto, em termos de solubilidade em água: por possuírem cadeia hidrocarbônica longa, esta tende a ser insolúvel em água, mas é capaz de interagir com espécies apolares, como gorduras e outras que denominamos comumente de sujeira.

Figura 114: Esquema de uma micela

Por outro lado, possuem também uma região polar, que é o grupamento ácido carboxílico ionizado (carboxilato), capaz de interagir com moléculas de água. Assim, as moléculas de sabão podem interagir tanto com água como com gorduras, levando à dispersão destas naquele solvente, ou seja, proporcionando aquilo que chamamos limpeza. Os sabões, uma vez em solução aquosa, formam as chamadas micelas. Micelas são estruturas em que várias moléculas de sabão se agregam, formando uma estrutura esférica.

 Figura 115: Esquema de ação do sabão 

contra a gordura nos tecidos 

E os sabonetes? Sabonetes são sabões que tiveram seu pH ajustado ao pH da pele, para não agredi-la, aos quais se adicionam perfume, corante e outros aditivos, como creme hidratante ou glicerina.

Enquanto sabões são sais de ácidos carboxílicos, detergentes são sais de ácidos sulfônicos. Enquanto os sais de ácidos carboxílicos com íons divalentes e trivalentes (Ca2+ e Fe3+, por exemplo) são insolúveis em água, os sais de ácidos sulfônicos desses mesmos íons são solúveis.

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Figura 116: Emulsificação da gordura pelo ânion tensoativo do sabão

Assim, os detergentes são capazes de produzir espuma mesmo empregando-se águas duras, isto é, águas ricas em íons metálicos como cálcio, magnésio e ferro. Os detergentes, ao contrário dos sabões, são de origem sintética. Muitos detergentes causam problemas ambientais, ao serem lançados em cursos de rios, levando à formação de espumas.

Assim, é importante que aja tratamento de resíduos de indústrias, de forma a diminuir a degradação do meio ambiente. Também é importante o uso de detergentes biodegradáveis, que são sais dealquilbenzenosulfonatos lineares. Os microrganismos presentes no ambiente são capazes de oxidar essas cadeias lineares, ou seja, promovem a biodegradação desses detergentes, enquanto os de cadeia ramificada não são oxidados, permanecendo no ambiente e contaminando-o.

Sabões e detergentes são denominados tensoativos aniônicos, porque em ambos o grupo polar é um ânion (carboxilato ou sulfonato). Existem outros tipos de tensoativos: os catiônicos, que possuem como grupo polar um nitrogênio quaternário (sal de amônio quaternário), os anfóteros ou betaínicos, que possuem dois grupos ionizados – um aniônico e outro catiônico –, e os não-iônicos, que são poliálcoois, como os polietilenos glicóis (PEG). (Adaptado de A química e os sentidos I – paladar e olfato, acessado em janeiro, 2012).

SAPONIFICAÇÃO, REAÇÃO QUIMICA PARA OBTENÇÃO DO SABÃO:

Como sabemos, os óleos e as gorduras são ésteres que sofrem reação de hidrólise ácida ou básica. A hidrólise ácida irá produzir apenas glicerol e ácidos graxos constituintes. Já na hidrólise básica, temos o glicerol e os sais dos ácidos graxos.

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Figura 117: Reação de saponificação  Deste modo, quando a gordura é aquecida em presença de base, temos uma reação química que irá produzir sabão. Essa reação, a hidrólise básica de um triéster de ácidos graxos e glicerol, são chamados de saponificação. Resumindo temos:  

 ÓLEO OU GORDURA + BASE  →SABÃO + GLICEROL 

A GLICERINA:

A glicerina (ou glicerol) é um subproduto da fabricação do sabão. Por esse motivo toda fábrica de sabão também pode vender glicerina. Ela é adicionada aos cremes de beleza e sabonetes, pois é um bom umectante, isto é, mantém a umidade da pele. Em produtos alimentícios, ela também é adicionada com a finalidade de manter a umidade do produto e aparece no rótulo com o código "umectante U. I.".

Outra aplicação da glicerina é na fabricação do explosivo conhecido como nitroglicerina

  

Figura 118: Reação de formação da nitroglicerina 

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Não estranhe se chamamos a nitroglicerina de éster, pois ela é formada pela reação de um ácido (HNO3) e um álcool (a glicerina). Trata-se de um éster derivado de um ácido inorgânico.

A seguir temos os fluxogramas das indústrias de sabões e detergentes respectivamente:

  

Figura 119: Fluxograma de uma indústria de sabão

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 Figura 120: Fluxograma de uma indústria de detergentes 

 

5.1- REAÇÕES ORGÂNICAS: Classificações e principais tipos, casos especiais

Na natureza existem milhares de substâncias que podem provocar reações há quase todo instante, por isso neste capítulo vamos estudar o comportamento e classificação das reações orgânicas.

As reações químicas são processos que transformam reagentes em produtos e esse processo pode ocorrer espontaneamente como também através de certas circunstâncias como através de calor, presença de luz ou também por acontecimentos externos como mudança de cor, luz entre outras.

As mais importantes reações orgânicas são as seguintes:

Reação de adição Reação de substituição Reação de oxidação Reação de eliminação

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TIPOS DE REAÇÕES:

5.1.1- REAÇÃO DE SUBSTITUIÇÃO:  

São aquelas onde um átomo ou um grupo de átomos de uma molécula orgânica é substituído por outro átomo ou grupo de átomos. As principais reações de substituição são:

Halogenação Nitração Sulfonação

Exemplo:

I- SUBSTITUIÇÃO EM ALCANOS: Halogenação: Os alcanos podem ser transformados em haletos de alquila. Exemplo:

 

Com o excesso de halogênio (realizando sucessivas halogenações), podemos obter a partir do metano, catalisadas por luz e calor:

Onde temos:

CH4 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 Metano Cloro metano Diclorometano Triclorometano

ou clorofórmio Tetracloreto de carbono

Tabela 12: Para dirigentes mais comuns

Quando essas reações ocorrem, chamamos de REAÇÂO EM CADEIA. A ordem como composto perde o hidrogênio com facilidade é:

CTERCIÁRIO > CSECUNDÁRIO> CPRIMÁRIO

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Nitração: É a reação de um hidrocarboneto com o acido nítrico. (HNO3 = HONO2) Exemplo:  

Nitrometano

Sulfonação: É a reação de um hidrocarboneto com o acido sulfúrico. (H2SO4 ou HOSO3H). Exemplo:

Ac. etano sulfúrico

Monocloramina: NH4+(aq) + HOCl(aq) NH2Cl(aq) + H2O(l) + H+(aq) Dicloramina: NH2Cl(aq) + HOCl(aq) NHCl2(aq) + H2O(l) Tricloramina: NHCl2(aq) + HOCl(aq) NCl3(aq) + H2O(l) A formação dos três tipos de cloraminas é dependente da relação cloro/nitrogênio, do pH, da temperatura e do tempo de reação, sendo que a diminuição do pH e o aumento da relação cloro/nitrogênio favorece a formação de produtos mais clorados. Em pH 8,5, a monocloramina encontra-se em maior quantidade. Em pH 4,4, virtualmente toda cloramina se encontra na forma de tricloramina, cuja presença é responsável, em parte, pelo odor e gosto desagradáveis na água. Para a aplicação das cloraminas como desinfetantes primários em uma estação de tratamento de água, o amônio e o cloro são adicionados à água simultaneamente ou em sucessões próximas.

II- SUBSTITUIÇÃO EM AROMÁTICOS:

Halogenação: (Cl2 ou Br2)

Exemplo:

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Também é possível observar uma aplicação dos halogênios nas Cloraminasque é uma classe de desinfetantes alternativos usados no tratamento desinfetante das águas, obtidas a partir da reação do cloro residual com a amônia. Podem-se formar três tipos de cloraminas, a partir das reações seqüenciais ilustradas a seguir.

Nitração:   

 

Sulfonação:

Alquilação De Friedel-Crafts: Reações que ocorrem envolvendo hidrocarbonetos aromáticos e haletos orgânicos. Exemplo:   

   

  

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Radicais Dirigentes

As posições 1,2; 1,3; 1,4 nos compostos aromáticos são chamadas, respectivamente, de posições orto, meta, para.

 

 

 

Quando um radical estiver ligado ao anel benzenico ou a um grupo funcional, estes dirigirão a substituição e serão denominados radicais dirigentes.

5.1.2- REAÇÕES DE ADIÇÃO:

Quando uma ou mais substâncias se juntam e formam um produto. A molécula se torna mais saturada. São caracterizadas pela quebra das ligações duplas e triplas. Nos hidrocarbonetos insaturados, a quebra ocorre na ligação mais fraca (ligação π) e ocorre a formação de duas novas ligações (ligações δ).

As principais reações de adição são:

Hidrogenação catalítica Halogenação Adição de HX Adição de água Adição a aromático

Exemplo:

1,2- Dicloroetano REGRA DE MARKOVNIKOV: O hidrogênio do haleto ou da água liga-se ao átomo de carbono mais hidrogenado da dupla ligação, ou seja, ao carbono que possui mais ligações

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com o hidrogênio. Esta regra é geralmente usada quando o reagente é HX(HCl, HBr, HI) e H2O. Exemplo:

2- Cloro propano

O hidrogênio se liga ao carbono da dupla ou tripla mais hidrogenada.

PRINCIPAIS REAÇÕES DE ADIÇÃO:

I- HIDROGENAÇÃO CATALÍTICA: (ADIÇÃO DE H2)

Ocorre em alcenos e alcinos. Essa reação ocorre com a ajuda de um catalisador para adicionar o gás hidrogênio. Pode ser usado o metal níquel (Ni) ou platina (Pt). Essa reação é usada na indústria de alimentos como base na produção de margarinas a partir de vegetais. Os óleos vegetais possuem ligações duplas. A reação de adição, hidrogenação catalítica transforma esses óleos, que são líquidos em gorduras, que são sólidas.

Exemplo:

Eteno Etano

 

Etino Eteno II- HALOGENAÇÃO: (ADIÇÃO DE Cl2 OU Br2) Adiciona-se halogênio (Cl2 e Br2) a um alceno ou alcadieno. Exemplo:

Eteno 1,2- Dibromoetano

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Propadieno 2,3- Dibromopropeno III- ADIÇÃO DE HX: (HCL, HBR, HI) Esta reação é feita adicionando HX aos alcenos. Onde X é o halogênio. Exemplo:

Etino Cloroeteno (Cloreto de vinila)

Em alguns casos, obtemos dois produtos. O “teoricamente” esperado deve seguir a Regra de Markovnikov.

IV‐ HIDRATAÇÃO: (ADIÇÃO DE H2O)   Ocorre de maneira semelhante com a reação de adição de HX. É uma reação catalisada por ácido e também segue a regra de Markovnikov. O hidrogênio entra no carbono mais hidrogenado e a hidroxila no carbono menos hidrogenado. Formam como produto, álcool primário e secundário. Exemplo:

Eteno Etanol (Álcool Primário) V- ADIÇÃO DE AROMÁTICO: Os aromáticos sofrem reações de substituição, porém em alguns casos ocorre uma adição. Quando há hidrogenação total do anel benzênico, a reação é de adição. Esta reação não é tão fácil de ser feita. Exemplo:

Benzeno Hexaclorocicloexano (BHC-Inseticida)

5.1.3- REAÇÕES DE COMBUSTÃO:

Reação que libera calor ocorre formação de gás carbônico e água.  Exemplo: Combustão completa:

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 Combustão incompleta:

 

  Combustão incompleta:

 

 

5.1.4- REAÇÕES DE ESTERIFICAÇÃO

Reação reversível de álcool junto com um ácido orgânico ou inorgânico, produzindo éster e água. Quando areação é inversa, ela é denominada hidrólise do éster.  

  Exemplo:

 Ácido Etanóico Etanoato de Metila

Ou Acido Acético ou Acetato de Metila 

5.2- SAPONIFICAÇÃO:

Ocorre quando um éster em solução aquosa de base inorgânica origina um sal orgânico e álcool. Portanto o sabão nada mais é do que um sal “do bom”.

Exemplo:

Utilizando como exemplo a reação da figura 117, nela ocorre uma hidrólise alcalina de um óleo (glicerol). Dizemos que é uma hidrólise em razão da presença de água (H2O) e que é alcalina pela presença da base NaOH (soda cáustica).

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Sabão é um sal de ácido graxo, isto é, um sal de ácido carboxílico de cadeia longa.

A utilização de NaOH irá originar sabão duro, e quando utilizarmos KOH, obteremos sabão mole.

Sabões e detergentes são agentes emulsificantes. Geralmente, o nome detergente é reservado para ácidos sulfônicos e seus derivados.

5.3- DETERGENTES:

Também conhecidos como surfactantes, os detergentes são, assim como os sabões, substâncias que reduzem atensão superficial de um líquido, sendo estes compostos também, considerados tensoativos. Eles são formados por moléculas anfipáticas, ou seja, são moléculas que apresentam uma cadeia polar e outra apolar, por apresentarem essa propriedade hidrofílica, na prática elas são responsáveis por eliminar quimicamente a gordura ou impurezas orgânicas.

No exemplo a seguir vemos um tipo de detergente obtido da conversão dos álcoois de C12 a C18 em sais de hidrogenosulfato de alquila.

Neste exemplo é possível ver que a cadeia alquílica é a parte apolar e a “cabeça” da cadeia –OSO3- Na+é a parte polar.

Álcool Laurílico Hidrogenosulfato de LaurilaSulfato Lauril de Sódio

CURIOSIDADES: Saiba o que é Saponificação Cadavérica

Aargh! É nojento, mas é verdade. Quando uma pessoa morre, seu corpo pode, através de processos naturais, apodrecer e ter sua carne consumida pela "flora cadavérica" até se tornar um esqueleto; mumificar-se pela ação físico-química do ambiente ou se transformar simplesmente em sabão por ações físico-químicas.

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Corpo em estado de Saponificação. Este processo pelo qual um corpo se transforma numa espécie de sabão é chamado de saponificaçãocadavérica. Consiste na transformação da gordura dos tecidos em adipocera - substância amarelo-clara, semelhante à cera ou queijo, com um odor rançoso e desagradável. Os lipídeos são transformados em sabão e o corpo transforma-se numa massa pastosa e, em muitos casos, sem forma. Há uma transformação gordurosa e calcária do cadáver. O processo ocorre devido às circunstâncias que são intrínsecas ao cadáver e principalmente ao meio onde este permanece. Como condições individuais, temos: a idade (facilidade nas crianças); obesidade; causa mortis (intoxicações pelo álcool e pelo fósforo facilitam). E como condições ambientais têm: local úmido ou meio semi-líquido, com água que escoa e se renova, e solo argiloso que retém a água, ambos ricos em sais de cálcio.

Figura 121:Corpo saponificado pela 

formação da adipocera Dessa forma, transforma o terreno ao redor da cova numa espécie de tanque de conservação.

A adipocera transforma quimicamente todos os tecidos do cadáver, conservando este sua forma com as feições como se tivesse acabado de morrer. A pele é pouco alterada. As gorduras se transformam em glicerinas e ácidos graxos, estes por sua vez, se combinam com álcalis (bases) originando sabões amoniacais e alcalinos terrosos. Posteriormente estes se transformam em sabões calcários, por ação dos sais da água, adquirindo o cadáver uma maior resistência à decomposição.

A adipocera começa cerca de 1 mês de permanência do corpo na água; é visível e franca na face aos 3 meses. A transformação completa requer cerca de 1 ano. No início do processo ainda é possível reconhecer os diversos órgãos, depois todos são idênticos.

SAPONIFICAÇÃO RETARDA ROTATIVIDADE EM CEMITÉRIOS EM BELÉM DO PARÁ

Um estudo coordenado pela professora Lúcia Maria da Costa e Silva, em 1996, comprovou que o cemitério do Benguí, em Belém, estava contaminando o

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fluxo de água subterrânea que segue para a área residencial vizinha. A pesquisa, junto com a análise da água, motivou o fechamento do cemitério.

Os cemitérios públicos de Belém, como o do Benguí e o do Tapanã, foram implantados dentro do conceito de rotatividade. Periodicamente, a Prefeitura realiza a exumação observando o tempo de inumação – sete anos para homens e três para crianças até sete anos – período em que o processo de putrefação já teria cumprido suas quatro fases. No entanto, pesquisadores da Faculdade de Geofísica da UFPA comprovaram um fenômeno no cemitério do Benguí: a saponificação dos corpos, interrompendo qualquer um dos quatro estágios da putrefação, postergando-o e, conseqüentemente, retardando em vários anos qualquer tentativa de exumação.

Lúcia Costa e Silva observa que a legislação municipal, baseada em normas do período colonial, está em flagrante oposição à realidade amazônica e que, em outros países, onde a ocorrência da saponificação é remota, a exumação só é realizada após 25 anos. O cemitério do Benguí foi desativado em 1997. Ocupando uma área de 450x600 m², que é absolutamente imprópria para abrigar um cemitério, porque o nível hidrostático é inferior a 1,20m no inverno, ou seja, a água entra nas sepulturas, caso não reportado na literatura, diz a professora. O que mais surpreendeu os pesquisadores da área de geofísica da UFPA é que o fenômeno da saponificação não está restrito ao baixo terreno do cemitério desativado. Também no Tapanã, edificado sobre um terreno alto, com nível hidrostático em torno de 7,5 metros, os estudos registraram o fenômeno.

No Benguí, a exumação e a limpeza da área são necessárias para eliminar a contaminação e para uma futura reutilização com outra finalidade. Quanto ao Tapanã, a exumação é parte do processo de rotatividade, liberando sepulturas para novos enterramentos. Diferentemente da situação extrema do Benguí, o Tapanã, aparentemente, apresenta condições ideais para abrigar um cemitério, mas a análise da subsuperfície apresentou uma característica típica da Amazônia: a presença excessiva de argila. Impermeável, ela retém a água da chuva, formando um grande bolsão de lama em torno do cadáver, cujo desenvolvimento, durante vários meses, foi monitorado pelos pesquisadores com instrumentação sofisticada. É essa lama a responsável pela saponificação.

Os coveiros do cemitério informaram aos pesquisadores que a saponificação está impedindo a realização de exumações periódicas. A situação tende ao agravamento, pois o cemitério já enfrenta problemas de superlotação, que motivaram o uso das passarelas de terra para sepultamentos, bem como a construção de um novo ossuário, eliminando, assim, o depósito num dos banheiros. A porção final do cemitério, por sua vez, não pode ser ocupada, porque o lençol de água subterrânea está muito próximo da superfície. “Nossos estudos mostram que a saponificação é freqüente. Isso vale para a

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Amazônia inteira. A solução mais viável é o forno crematório”, alerta Lúcia Costa e Silva, diante da proposta da Prefeitura de construir um cemitério vertical.

Comparando os dois tipos, a pesquisadora ressalta que a cremação é rápida, eficiente, agride menos o ambiente e precisa, apenas, de um bom dispositivo para filtrar odores, enquanto o cemitério vertical requer tratamento de gases e líquidos produzidos. Pesquisa de opinião realizada pelos pesquisadores mostra que, ao contrário do que muitos podem pensar, a cremação é aceita pela população. O Pará é o único Estado brasileiro com dois crematórios particulares. Em muitos países, há centenas de crematórios, caso dos EUA, Japão e Alemanha, entre outros. (Texto adaptado de Marcelo Aviz, ilustrações e CIA, acessado em Janeiro, 2012, http://marceloaviz.blogspot.com/)

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EXERCÍCIOS RESOLVIDOS:

 

1- Quando um éster em solução aquosa de base inorgânica origina um sal orgânico e álcool, temos a reação de saponificação.

Na reação de saponificação

, Os produtos X e Y são:

a) álcool etílico e proprionato de sódio.

b) ácido acético e propóxido de sódio.

c) acetato de sódio e álcool propílico.

d) etóxido de sódio e ácido propanóico.

e) ácido acético e álcool propílico

Solução:

Resposta letra C. Sabemos que toda reação de saponificação produz um sabão mais glicerol que são respectivamente um sal de ácido graxo, isto é, um sal de ácido carboxílico de cadeia longa, e um composto orgânico pertencente a função álcool, conhecido também como 1,2,3 propanotriol.

Como foi utilizado NaOH, o sabão originado será do tipo duro, se o KOH tivesse sido usado, o sabão seria do tipo mole.

ÓLEO OU GORDURA + BASE SABÃO + GLICEROL

2- O rum é uma bebida alcoólica obtida a partir da fermentação do melaço e outros derivados da produção de açúcar, além do caldo de cana fermentado e posterior destilação. O rum é uma bebida secular, de características refinadas e aroma suave.

O Rum pode ser obtido de duas maneiras: a agrícola e a industrial. Em ambas o resultado é uma bebida cristalina, que pode se tornar amarelada por meio

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de envelhecimento em barris de carvalho ou pela adição de corante caramelo.

O éster responsável pelo aroma do rum tem a seguinte fórmula estrutural:

Figura 122: Éster que dá o aroma do rum 

 a) Escreva a reação química completa que permite obter o éster descrito acima.

b) Escreva o nome do éster representado na figura acima.

Solução:

a) álcool isobutílico + ácido acético → água + acetato de isobutila

b) etanoato de isobutila ou acetato de isobutila

A reação de esterificação se dá quando uma reação reversível de álcool junto com um ácido orgânico ou inorgânico, produzindo éster e água. Já quando areação é inversa, ela é denominada hidrólise do éster.

ÁCIDO + ÁLCOOL esterificação ÉSTER + ÁGUA

ÉSTER + ÁGUA hidrólise ÁCIDO + ÁLCOOL

3- (VUNESP) Um álcool pode ser obtido pela reação entre um alceno e ácido sulfúrico, num processo de duas etapas.

A primeira etapa envolve um ataque de íons H+ à dupla ligação do alceno, ocorrendo sua adição ao átomo de carbono mais hidrogenado (Regra de Markovnikov).

A segunda etapa envolve a reação de hidrólise do composto formado na primeira etapa, obtendo-se o álcool correspondente e regenerando o ácido sulfúrico.

Escreva:

a) as equações balanceadas das duas etapas da reação, quando o alceno utilizado é o propeno;

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b) o nome e a fórmula estrutural do álcool obtido no processo.

Solução:

a) Pela regra de Markovnikov O hidrogênio do haleto ou da água liga-se ao átomo de carbono mais hidrogenado da dupla ligação, ou seja, ao carbono que possui mais ligações com o hidrogênio, ou seja, O hidrogênio se liga ao carbono da dupla ou tripla mais hidrogenada.

A reação de hidrólise é uma reação catalisada por ácido e também segue a regra de Markovnikov. O hidrogênio entra no carbono mais hidrogenado e a hidroxila no carbono menos hidrogenado. Formam como produto, álcool primário e secundário.

1º Etapa:

2º Etapa:    

b) Como produto da 2º etapa temos como composto o álcool secundário 2- Propanol.

Figura 123: Estrutura do álcool 

isopropílico 

 

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

SOLOMONS, T. W. Graham; FRYHLE, Craig B. Química Orgânica, V. 2 8ª ed. Rio de Janeiro, LTC, 2006.

SHRIVER, D. F.; ATKINS, P. W. Química Inorgânica. Porto Alegre, Bookman, 2003. RUSSEL, John. Química Geral. V.1. 2ª ed. São Paulo, MAKRON, 1994 RUSSEL, John. Química Geral. V.2. 2ª ed. São Paulo, MAKRON, 1994.

Bruice. P. Y. Química Orgânica - volume 1. 4ª. Ed. - Rio de Janeiro: Pearson / Prentice Hall.

Shreve, R. Norris. E Jr, Joseph A. Brink. Indústrias de Processos Químicos. 4ª Edição. Editora Guanabara Koogan S.A. Rio de Janeiro, 1997.

NewsComex - Comércio Exterior e Logístico. Petrobras espera dobrar produção de gás natural. Disponível em: http://www.newscomex.com.br/mostra_noticia.php?codigo=16396> acesso em 12/02/12

CALFO, Jorge. O Gás Natural, capitulo 1: Tecnologia d eProcessamento e gás natural. Disponível em: http://www.slideshare.net/jorgecalfo/o-gas-natural-capitulo-i-6116235> acesso em 13/02/12

Cesnors, Ufsm. Bioquímica: Glicídios/ Carboidratos. Disponível em: http://www.cesnors.ufsm.br/professores/adrisalamoni/todos-materiais-ate-02-2011/Bioquimica%20de%20carboidratos.pdf> acesso em 20/02/12

Silva, Erivanildo e Guimarães, Ricardo. Isômeros de constituição e estereoisômeros. Disponível em: http://educacao.uol.com.br/quimica/isomeria.jhtm> acesso em 23/02/12

Peruzzo, Francisco e Canto, Eduardo. Química na abordagem do cotidiano. Editora Moderna (2003). Disponível em: http://quimicasemsegredos.com/documents/Teoria/Saboes-e-Detergentes.pdf> acesso em 03/03/12

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GLOSSÁRIO:

CAMPO PETROLÍFERO: Área onde foi comprovada a existência de depósitos produtivos de petróleo: assim, "poço" pode ser no terreno da produção de petróleo, uma região com uma abundância de poços de petróleo extraindo óleo bruto (dito também "cru") do solo abaixo.

CATALISADOR: Um catalisador é tudo aquilo que facilita reações químicas sem nelas participar, como enzimas ou sais minerais ionizados Um catalisador é uma substância que afeta a velocidade de uma reação, mas emerge do processo inalterado. Um catalisador normalmente muda a velocidade de reação, promovendo um caminho molecular diferente (mecanismo) para a reação. Por exemplo, hidrogênio e oxigênio gasosos são virtualmente inertes à temperatura ambiente, mas reagem rapidamente quando expostos à platina, que por sua vez é o catalisador da reação. Catálise é a ocorrência e uso de catalisadores e processos catalíticos. Catalisadores químicos comerciais são extremamente importantes. Aproximadamente um terço de todo material do produto nacional bruto dos Estados Unidos envolve um processo catalítico em alguma etapa entre a matéria-prima e os produtos acabados. Como um catalisador torna possível a obtenção de um produto final por um caminho diferente (por exemplo, uma barreira de energia mais barata), ele pode afetar tanto o rendimento quanto a seletividade.

CÉLULA GALVÂNICA: Pilha elétrica,célula galvânica,pilha galvânicaou aindapilha voltaicaé um dispositivo que utiliza reações de óxido-redução para converterenergia químicaemenergia elétrica

CRAQUEAMENTO TÉRMICO:O craqueamento térmico ou pirólise é processo que provoca a quebra de moléculas por aquecimento a altas temperaturas, isto é, pelo aquecimento da substância na ausência de ar ou oxigênio a temperaturas superiores a 450°C, formando uma mistura de compostos químicos com propriedades muito semelhantes às do diesel de petróleo. Em algumas situações esse processo é auxiliado por um catalisador para a quebra das ligações químicas, de modo a gerar moléculas menores. O texto acima é apenas uma breve introdução.

DESSORÇÃO DA MOLÉCULA:É o processo inverso da sorção, que é a ação tanto de absorção e adsorção, respectivamente; o efeito de gases e/ou líquidos serem incorporados num material de um estado diferente, chamado sorvente, seja em sua porosidade interna, seja como película, partículas ou mesmo moléculas à superfície da substância, dita conforme o caso, absorvente ou adsorvente. A substância absorvida ou adsorvida, genericamente, é chamada de sorvato, e conforme o processo, absorvato ou adsorvato.

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DESTILAÇÃO FRACIONADA: Método utilizado para separar misturas homogêneas, do tipo líquido – líquido. Exemplo de mistura deste tipo é o petróleo, ou uma simples mistura de água e álcool, que será demonstrada a seguir. Na destilação fracionada os líquidos são separados através de seus pontos de ebulição, desde que eles não sejam muito próximos. Durante o aquecimento da mistura, é separado, primeiramente o líquido de menor P.E ( ponto de ebulição ) , depois o líquido de P.E intermediário e sucessivamente até o líquido de P.E maior .

EFEITO DE RESSONÂNCIA: Algumas espécies químicas não são representadas por apenas uma estrutura de Lewis simplesmente por aquela não ser a real. É dito que, se mais de um arranjo for necessário para descrever a real estrutura de uma espécie, tem-se o efeito mesomérico ou ressonância.

ELETRODO DE SACRIFÍCIO: É um metal que é colocado próximo a outro para que sofra corrosão no lugar do metal que deve proteger. Exemplo: em oleodutos (feitos de aço) de distancia em distancia acrescenta-se magnésio metálico, ligado ao tubo por fios condutores. Quando o ferro do duto for oxidado, tiver que doar elétrons, o magnésio faz isto por ele.

ELETRÓLITO: é toda a substância que, dissociada  ou ionizada, origina íons positivos (cátions) e íons negativos (ânions), pela adição de um solvente ou aquecimento.

ÉLETRON DESEMPARELHADO: São elétrons que estão sozinhos em um determinado orbital, de modo que seu campo magnético não é anulado, então substâncias que tem esses elétrons desemparelhados geralmente são atraídas por imãs.

FIO DE COBRE: Cobre --- o "Metal Vermelho” --- é um elemento natural. Suas características únicas o tornam um material altamente valorizado para a produção de fio para fins de utilidade, bijuteria e até mesmo a pesca em águas profundas.

GEOFÍSICA: É a ciência que estuda a estrutura, a composição, as propriedades físicas e os processos dinâmicos da Terra. O geofísico investiga os fenômenos elétricos, térmicos, magnéticos, gravitacionais e sísmicos do planeta. Com instrumentos especiais e leis da matemática, da física e da química, ele mede as forças que afetam a superfície, o subsolo e a atmosfera terrestre. Observa e calcula os movimentos do solo e do subsolo e pesquisa a origem e a atividade dos vulcões, a curvatura do planeta e outras características geofísicas do globo. Detecta e mede a intensidade de terremotos e maremotos, investiga a estrutura das formações rochosas e as propriedades físico-químicas dos mares. Antes da construção de grandes obras, como represas, estradas e túneis, avalia a estabilidade do solo e localiza lençóis de água e jazidas minerais. Pode trabalhar também na prospecção de petróleo.

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GLP: O gás de petróleo liquefeito (GPL), também chamado de gás liquefeito de petróleo(GLP), é uma mistura de gases de hidrocarbonetos utilizado como combustível em aplicações de aquecimento (como em fogões) e veículos.

GNGÁS NATURAL

GNC – GAS NATURAL COMPRIMIDO

GNL: Gás natural liquefeito ou GNL (em inglês  referido pela sigla LNG, de liquified natural gás) é basicamente gás natural  que, após purificado, é condensando ao estado líquido por meio da redução da sua temperatura a -163 graus Celsius

GNV: O GNV diferencia-se do gás liquefeito de petróleo(GLP) por ser constituído por hidrocarbonetos na faixa do metano e do etano, enquanto o GLP possui em sua formação hidrocarbonetos na faixa do propano  e do butano.O GNV trabalha com uma pressão de 220 bar, enquanto que o GLP o faz a somente 8 bar.

HIDROCARBONETOSALIFÁTICOS: São hidrocarbonetos com átomos de carbono estruturais em cadeias abertas e fechadas (cíclicas), não aromáticas.

HIDROGENAÇÃO: Hidrogenação é a reação química que ocorre quando uma molécula é obtida pela adição de hidrogênio a uma molécula insaturada (aquela que contém dupla ou tripla ligação). Este processo é muito utilizado na indústria, para fabricação de margarinas, alcanos (partindo de alcenos e alcinos), alcoóis (partindo de ésteres). É um processo bastante rentável para a indústria. Os principais métodos que utilizam a hidrogenação são:

Método de Sabatier: Consiste na hidrogenação catalítica com níquel de alcenos ou alcinos para a obtenção de alcanos:

Obtenção da margarina: Os óleos vegetais são ésteres líquidos constituídos por ácidos graxos insaturados. A margarina é um produto alimentício obtido da hidrogenação destes óleos: Óleo de soja + H2 ---> Margarina de soja

Obtenção industrial de alcoóis: Sob condições energéticas, pressão de 200 atm, catalisada por um sal de cobre II, obtém industrialmente alcoóis a partir da hidrogenação de ésteres: R - COO - R' + H2 ---> R - CH2 - OH + R' –OH

IUPAC: União Internacional de Química Pura e Aplicada (em inglês: International Union of Pureand Applied Chemistry,IUPAC) é uma organização não governamental(ONG) internacional dedicada ao avanço da química. Foi criada em Genebrano ano de 1919.

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MICELAS: Micelas são aglomerados de átomos, íons ou moléculas, as micelas podem adquiri carga elétrica positiva ou negativa, dependendo em que tipo de sistema se encontra. Esses sistemas podem ser: Sistemas com excessos de cátions, onde as partículas do disperso irão adsorver esses cátions, adquirindo carga elétrica positiva, ou - Sistemas com excessos de ânions, onde as partículas do disperso irão adsorver esses ânions, adquirindo carga elétrica negativa. Além disso é importante observar que haverá um momento, durante essa transformação, em que as micelas serão neutras e a dispersão coloidal, e descarregada, neste momento dizemos que a dispersão coloidal atingiu seu ponto isoelétrico.

OLEODUTOS: Oleoduto é uma tubulação fechada que é utilizada para transportar petróleo e seus derivados. O fluido é movido de um lugar a outro através de um sistema de pressão. Os oleodutos têm duas desvantagens: não se pode mudar o percurso nem parar o caminho.

PETROLEIRO: É um tipo particular de navio tanque, utilizado para o transporte de hidrocarbonetos, nomeadamente petróleo bruto (petroleiros para pretos) e derivado (petroleiros para brancos). Desde os finais do (século XIX) que são criados exclusivamente para este fim. Atualmente, os petroleiros dividem-se entre navios de um só casco  e os de casco duplo: nos primeiros, o próprio casco do navio é também a parede dos tanques de petróleo, enquanto nos navios de casco duplo duas paredes de aço separadas cumprem cada uma destas funções.

POLÍMEROS: Os polímeros são macromoléculas formadas a partir de unidades estruturais menores (os monômeros).A palavra polímero vem do grego poli (muitas) + mero (partes), e é exatamente isto, a repetição de muitas unidades (poli) de um tipo de composto químico (mero). E polimerização é o nome dado ao processo no qual as várias unidades de repetição (monômeros) reagem para gerar uma cadeia de polímero.

RESERVATÓRIO DE PETRÓLEO: Em geologia e engenharia de petróleo, reservatório é o nome que se dá a uma rocha existente no subsolo, onde se acumulou petróleo em seu interior em épocas muito antigas. O petróleo permaneceu lá até a época atual, quando então foi constatada a sua existência.

SURFACTANTES: São substâncias que atuam à superfície do líquido reduzindo-lhe a tensão superficial; (a tensão superficial é devida ao balanço de forças entre moléculas na superfície do líquido).Possuem atividade detergente. A estrutura química espacial é semelhante a um cotonete onde a parte de

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algodão seria a extremidade POLAR (solúvel em água) da molécula e a haste flexível seria a parte APOLAR (não solúvel em água) da molécula.

TANQUES HERMÉTICOS: Recipientes vedados completamente para evitar a entrada de qualquer corpo estranho e/ou bactérias indesejáveis.