Soluções – Química 206

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por

Davi Maricato

Autor: Davi Maricato

INICIANTE

A) Balanceando a equação, temos:

N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)N_2(g) + 3H_2(g) ⇌ 2NH_3(g)

Logo, a soma dos coeficientes é 6.

B) Primeiro, vamos calcular quantos mols de amônia temos em 1 tonelada do composto (106 gramas):

nNH3=mNH3MNH3 n_{NH_3} = \frac{m_{NH_3}}{M_{NH_3}}
nNH3=10617≈5,89×104 mol n_{NH_3} = \frac{10^6}{17} \approx 5{,}89 \times 10^4\ mol

Pela estequiometria da reação balanceada, sabemos que, para 2 mols de amônia formados, precisamos de 3 mols de hidrogênio gasoso, considerando um rendimento de 100%. Logo:

nH2nNH3=32 \frac{n_{H2}}{n_{NH_3}} = \frac{3}{2}
nH2=32nNH3 n_{H2} = \frac{3}{2}n_{NH_3}
nH2=32(5,89×104)≈8,82×104 mol n_{H2} = \frac{3}{2} (5{,}89 \times 10^4)\approx 8{,}82 \times 10^4\ mol

Com os valores obtidos, podemos agora aplicar a equação de Clapeyron para descobrir o volume de hidrogênio necessário:

pV = nRT

V=nRTp V = \frac{nRT}{p}
VH2=(8,82×104)(0,082)(298)1≈2,16×106 L V_{H2} = \frac{(8{,}82 \times 10^4)(0{,}082)(298)}{1} \approx 2{,}16 \times 10^6\ L

C) Podemos utilizar a mesma equação e número de mols de H2 encontrado no item B, substituindo apenas os valores de temperatura (T) e pressão (p) do enunciado.

T=400+273=673 K T = 400 + 273 = 673\ K
V=nRTp V = \frac{nRT}{p}
VH2=(8,82×104)(0,082)(673)200≈2,44×104 L V_{H2} = \frac{(8{,}82 \times 10^4)(0{,}082)(673)}{200} \approx 2{,}44 \times 10^4\ L

INTERMEDIÁRIO

Vamos analisar cada afirmação separadamente para determinar quais são falsas.

I. Há dois grupos -COOH, um grupo -NH2, um grupo -OH ligado ao anel aromático e um grupo C-O-C também ligado ao anel aromático. Portanto, temos as funções ácido carboxílico, amina, fenol e éter, tornando a afirmação verdadeira.

II. Ao contar cada átomo presente na molécula, podemos ver que sua fórmula estrutural é a mesma explicitada no enunciado. Portanto, a afirmação é verdadeira.

III. Na caramboxina há apenas um centro estereogênico. Desse modo, a molécula pode apresentar apenas uma configuração R e uma configuração S. A sentença diz que a caramboxina “pode ocorrer na forma de dois diastereoisômeros R e S”, o que não é possível, uma vez que as formas R e S da caramboxina são enantiômeros e não diastereoisômeros, tornando a afirmação falsa.

IV. Os três carbonos sp3 correspondem aos carbonos que, na molécula de caramboxina, fazem somente ligações simples. Os carbonos com essas características são o carbono assimétrico e os carbonos alifáticos presentes na cadeia lateral. A alternativa é verdadeira.

V. Ao contar a quantidade de carbonos presentes no anel aromático que fazem ligações duplas, vemos que há mais de 5 carbonos insaturados, o que torna a afirmação falsa.

Portanto, as afirmações falsas correspondem aos itens III e V.

AVANÇADO

A) O carbono assimétrico da (I)-carvona apresenta configuração R, pois, através da análise de prioridade, podemos concluir que o grupo -C(CH3)=CH2  possui a maior prioridade, seguido do caminho do anel que leva a carbonila (-C=O), do caminho do anel que leva à dupla ligação entre carbonos e, por último, o hidrogênio, que já está para trás da molécula. Desse modo, a rotação está para o sentido horário.

O carbono assimétrico da (II)-carvona apresenta, portanto, configuração S. Através da análise de prioridade, podemos ver que a ordem ainda é a mesma, porém, a carbonila se encontra na direita da molécula, o que faz sua rotação mudar para o sentido anti-horário.

B) Primeiro, vamos calcular a rotação específica da mistura utilizando a relação:

αobs=[α]×l×c\alpha_{\mathrm{obs}} = [\alpha] \times l \times c

Calculando a concentração para 70 g de sólido e 350 mL de etanol:

c=70350=0,20 g/mLc = \frac{70}{350} = 0{,}20\ g/mL

Logo, temos que:

[α]mistura=αobsl×c [\alpha]_{\mathrm{mistura}} = \frac{\alpha_{\mathrm{obs}}}{l \times c}
[α]mistura=−111×0,20=−55∘[\alpha]_{\mathrm{mistura}} = \frac{-11}{1 \times 0{,}20} = -55^\circ

Visto que a (S)-carvona em sua forma pura apresenta rotação específica igual a +61o, podemos determinar o excesso enantiomérico da seguinte forma:

ee=|[α]mistura||[α]puro|×100 ee = \frac{\left|[\alpha]_{\mathrm{mistura}}\right|} {\left|[\alpha]_{\mathrm{puro}}\right|} \times 100
ee=5561×100≈90,2%ee = \frac{55}{61} \times 100 \approx 90{,}2\%

Portanto, o excesso enantiomérico encontrado é de aproximadamente 90,2%.

C) Sabendo que o excesso enantiomérico é de 90,2%, podemos calcular a porcentagem do produto majoritário e minoritário da seguinte forma:

%majoritaˊrio=100+ee2\%majoritário = \frac{100 + ee}{2}
%minoritaˊrio=100−ee2\%minoritário = \frac{100 – ee}{2}

Assim:

%majoritaˊrio=100+90,22=95,1%\%majoritário = \frac{100 + 90{,}2}{2} = 95{,}1\%
%minoritaˊrio=100−90,22=4,9%\%minoritário = \frac{100 – 90{,}2}{2} = 4{,}9\%

Tendo em vista essas proporções, podemos identificar a correspondência entre elas e as formas enantioméricas da carvona.

A (S)-carvona possui uma rotação específica positiva de +61o. A mistura, entretanto, apresentou uma rotação específica negativa de -11o. Como a (R)-carvona apresenta rotação específica de -61o, podemos concluir que o enantiômero majoritário é a (R)-carvona.

Desse modo, temos que a predominância de (R)-carvona (95,1%) faz a rotação resultante ser negativa, enquanto há apenas 4,9% de (S)-carvona.

D) Se o segundo produto majoritário é enantiômero da estrutura mostrada, podemos desenhar a molécula pensando na inversão da configuração de cada carbono assimétrico do composto. Dessa forma, invertendo os três centros estereogênicos, temos a seguinte molécula:

E) Para desenhar os produtos minoritários, vamos pensar novamente na inversão de cada centro estereogênico da molécula. Para desenhar o primeiro produto minoritário, iremos manter a configuração dos hidrogênios ligados ao biciclo da molécula e inverter apenas a rotação do carbono ligado a cadeia alifática da molécula. Ou seja, temos que o primeiro produto minoritário será:

O segundo produto minoritário é enantiômero do primeiro produto minoritário. Ou seja, para desenhá-lo, podemos inverter a configuração de rotação de todos os centros estereogênicos. Dessa forma, obtemos:

F) Os produtos majoritários e minoritários são diastereoisômeros, uma vez que não são imagens especulares uns dos outros. O primeiro produto majoritário e o segundo produto majoritário são enantiômeros entre si, assim como o primeiro produto minoritário e segundo produto minoritário também são enantiômeros entre si.

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