Universidade dos Açores Departamento de Ciências Agrárias QUÍMICA I DOCENTE-Professora Doutora Maria Adelaide Lobo
• Fórmula Geral: CnH2n+2; • Os carbonos possuem hibridação do tipo sp3; • A configuração espacial é tetraédrica; • As forças de atracção intermoleculares são electrostáticas fracas com dipolos instantâneos; • As ligações são covalentes apolares.
• Prefixo + sufixo “ano” METANO
PROPANO ETANO
H2 H3C C CH3
CH4 H3C CH3
BUTANO
H2 H2 H3C C C CH3
n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 20 22 86 101
Prefixo Penta Hexa Hepta Octa Nona Deca Undeca Dodeca Trideca Tetradeca Icosa Docosa Hexaoctaconta Hen-hecta
Nome do Hidrocarboneto linear (CnH2n+2) Metano Etano Propano Butano Pentano Hexano Heptano Octano Nonano Decano Undecano Dodecano Tridecano Tetradecano Icosano Docosano Hexaoctacontano Hen-hectano
Fórmula geral CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 C7H16 C8H18 C9H20 C10H22 C11H24 C12H26 C13H28 C14H30 C20H42 C22H46 C86H174 C101H204
• Plana: de esqueleto de cadeia, de série; • Conformacional: Oposição ou estrela, Eclipse, Tortas ou Gauche.
• As suas propriedades fisiológicas dependem da sua capacidade de volatilização: voláteis (narcóticos) e não voláteis (inertes). • Observação: a toxicidade dos alcanos é visível pela sua capacidade de destruir as membranas celulares.
As suas propriedades físicas dependem do número de carbonos e da estrutura da molécula: Ponto de fusão; Ponto de ebulição; Solubilidade na água (muito pouco solúveis); Viscosidade (é tanto maior, quanto maior for o número de carbonos); Densidade (são menos densos que a água). • Todos os alcanos entre C1 e C7 são voláteis, entre C8 e C16 são líquidos e a partir de C17 são praticamente sólidos. • Os alcanos são substâncias menos densas que a água, pelo que flutuam. Esta propriedade é muito importante considerando o elevado risco de poluição nos mares e oceanos por petróleo bruto, impedindo as trocas de oxigénio e a entrada de luz no meio.
A poluição marinha por hidrocarbonetos pode provir de acidentes marinhos, tais como encalhes, afundamentos e abalroamentos de petroleiros e de outros navios que transportem cargas de hidrocarbonetos (crude, derivados de petróleo, nafta), combustível próprio ou mercadorias perigosas ou poluentes. Pode ainda ser resultado de despejos deliberados: hidrocarbonetos oriundos da lavagem de tanques de petroleiros, despejos de lastro, lavagens dos tanques de combustível, resíduos de combustível, águas das cavernas poluídas por hidrocarbonetos por qualquer tipo de navio, ou ainda, de operações de imersão de resíduos produzidos em terra. O impacte ambiental sobre as comunidades marinhas são variados: mortalidade de indivíduos por sufocamento físico, toxicidade, carcinogénese, interferências em processos biológicos, afectando, plâncton, moluscos, crustáceos, aves e mamíferos. Pode ainda causar o desaparecimento de populações mais sensíveis e provocar mudanças nas comunidades marinhas com alteração das funções e estruturas das comunidades biológicas.
As principais fontes de obtenção dos alcanos são: • Destilação do petróleo; • Destilação seca: hulha, madeira, linhite, xistos e betumes; • Gás natural: metano (80%), etano (13%), propano (3%), butano (1%), alcanos entre C5 e C8 (0,5%).
• Os alcanos são substâncias muito pouco reactivas, pelo que necessitam de condições muito energéticas para que possam reagir: energia luminosa no comprimento de onda UV curto e/ou elevada energia térmica. • Por exemplo: O propano não forma iões, não possui electrões desemparelhados, não tem camadas de valência incompletas; há uma hibridação sp3 dos carbonos que impede a existência de orbitais incompletas.
Assim, as reacções características dos alcanos são: Combustão; Oxidação; Pirólise; Substituição; Isomerização.
A combustão é proporcionada no seio do ar. Estas reacções podem ser incompletas ou completas, dependendo da quantidade de oxigénio presente. Completa
C n H 2n+2 +
3n + 1 O2 → nCO2 + ( n − 1) H 2 O 2
Incompleta
C n H 2n+2 +
n +1 O2 → nC + ( n + 1) H 2 O 2
( C − C ) → CO 2 + H 2 O incompleta ( C − C ) → CO + H 2 O incompleta ( C − C ) → C + H 2 O completa
Esta reacção só é possível em alcanos de cadeia muito longa. KMnO4 , K 2Cr2O7 , H + , ∆
C17 H 35 CH 3 + O → C17 H 35 COOH + H 2 O • O Permanganato de potássio e o Dicromato de potássio funcionam como catalisadores. Dadas as condições extremas necessárias, as mesmas ocorrem em meio ácido e na presença de calor.
Consiste na quebra das ligações CC e C-H dos compostos em causa, por acção do calor. É muito utilizada no “cracking do petróleo”. Esta reacção é autocontínua, pelo que ocorre continuamente libertando calor. Assim sendo, esta reacção tem que ser moderada por catalisadores negativos, que impeçam a continuação da reacção. Ocorre de acordo com a seguinte sequência: • Iniciação; • Propagação; • Extinção.
AL CA NOS TORRE DE PIRÓLISE
AL CA NOS PIRÓLISE
INICIAÇÃO (processo endotérmico) Ocorrem as primeiras rupturas das ligações C-C e C-H. A iniciação é o passo limitante da reacção. ∆ CH 3 CH 2 CH 3 → CH 3 CH 2 • + • CH 3 ∆ CH 3CH 2 CH 3 → CH 3 CH 2 CH 2 • + • H
• A primeira ligação que sofre ruptura é a C-C, porque necessita de menor energia. • Ocorre cisão homolítica (cisão de uma orbital molecular em que os electrões são separados de modo a que um electtrão pertença a cada um dos átomos intervenientes). • As entidades que se obtêm são neutras e apresentam electrões desemparelhados – Radicais Livres.
Os radicais livres na Pirólise são neutros, com electrões desemparelhados e altamente reactivos. São tanto mais reactivos quanto menor for o seu peso molecular.
PROPAGAÇÃO (processo endotérmico) ∆ CH 3CH 2CH 3 + •CH 3 → CH 4 + •CH 2CH 2CH 3 • Complexo activado – é toda a substância que devido à aproximação de outra, fica com as suas ligações estiradas. Quanto maior for a energia de activação, maior é a probabilidade de se formarem n compostos. Não se forma assim um único composto, mas um principal e n subprodutos.
EXTINÇÃO (processo fortemente exotérmico) • Liberta-se uma elevada quantidade de energia. Os diversos radicais livres dão origem a n produtos.
H • + • H → H 2 + 52kcal H 3 C • + • CH 3 → CH 3 CH 3 + 83kcal H 3 C • + • H → CH 4 + 96kcal CH 3 CH 2 CH 2 • + • H → CH 3 CH 2 CH 3 + 96kcal CH 3 CH 2 CH 2 • + • CH 3 → CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 + 83kcal
HALOGENAÇÃO É uma reacção por radicais livres e ocorre de acordo com os passos descritos para a Pirólise.
INICIAÇÃO (processo endotérmico) Ocorre a cisão homolítica do halogéneo, libertando dois radicais livres de Cloro.
PROPAGAÇÃO (processo endotérmico) • Liberta-se uma elevada quantidade de energia. Os diversos radicais livres dão origem a n produtos.
PROPAGAÇÃO
EXTINÇÃO (processo fortemente exotérmico)
Cl • + • Cl → Cl 2 + 59kcal H 3 C • + • Cl → CH 3 Cl + 22kcal H 3 C • + • CH 3 → CH 3 CH 3 + 83kcal • Nas reacções de Substituição, distinguem-se ainda reacções de Nitração e Sulfonação.
EXTINÇÃO (processo fortemente exotérmico)
Cl • + • Cl → Cl 2 + 59kcal H 3 C • + • Cl → CH 3 Cl + 22kcal H 3 C • + • CH 3 → CH 3 CH 3 + 83kcal • Nas reacções de Substituição, distinguem-se ainda reacções de Nitração e Sulfonação.
• É completamente diferente das reacções de substituição como a Pirólise e a Halogenação. • Envolve uma substância percursora (normalmente um derivado halogenado) e um catalisador forte [normalmente, Cloreto de alumínio (AlCl3)]. • A partir de uma cadeia linear, obtém-se uma cadeia ramificada. Esta última é obtida, recorrendo à utilização de catalisadores positivos (muito potentes) que permitem a reacção. • Por exemplo: δ+
CH 3 Cl
AlCl 3
δ−
substância percursora
catalisador
O Alumínio é um átomo muito pequeno e na presença de três átomos de cloro, assume uma carga positiva muito elevada, atraindo para si todas as moléculas com pólo negativo.
CH3CH2CH2CH2CH3 + +CH3
+ H + CH3
CH3CH2CH2CH2CH2
CH3CH2CH2CH2CH2+ + CH4 efeito indutivo positivo
H3C
H3C
CH2
CH2
H
H
C
C
H
H
CH
+
CH2+
CH2
H3C
CH2
+
CH
CH2
CH3
Esta forma é mais estável devido à compensação das cargas laterais.
Formação de um carbocatião ramificado com carga positiva.
CH3
H3C
CH2
CH CH3
+
CH2 +
H
H3C
CH2
CH
CH3
CH3 Obtenção de um isómero de cadeia