Cuernavaca, Morelos Outubro de 2003

Exame Teórico

8ª. OLIMPIADA IBEROAMERICANA DE QUÍMICA

CUERNAVACA, MORELOS

MÉXICO

EXAME TEÓRICO

SEGUNDA-FEIRA, 6 DE OUTUBRO DE 2003.

Este exame contém 25 páginas numeradas, além desta página de capa, de uma página que contém dados importantes e uma Tabela Periódica.

Escreva o seu nome e o seu número de código em todas as páginas, nos espaços indicados. Escreva as suas respostas, cálculos, esquemas, estruturas, nos lugares indicados e NÃO ESCREVA NADA NA PARTE DE TRÁS DAS FOLHAS.

Você pode separar as folhas enquanto responde ao exame, mas, deve ordená-las corretamente antes de colocá-las no envelope que lhe será fornecido.

Escreve o seu nome e o seu número de código no envelope.

O seu exame é constituído por 7 problemas. Recorde que, quando for necessário, você deve indicar as unidades e considerar os algarismos significativos uma vez que será apenado se não o fizer.

PROBLEMA 1 . QUÍMICA ANALÍTICA

12,5 / 18 pontos

O México é um dos principais países produtores de prata no mundo, o que explica a existência de destacados ourives, herdeiros de uma grande tradição artesanal.

Entre aqueles que têm alcançado renome internacional se encontram os de Taxco, pequeno povoado no Estado de Guerrero, que tem uma longa história como povo mineiro, localizado bem próximo a Cuernavaca. Neste povoado, Andrés Manuel del Río que foi o descobridor do vanádio e catedrático de mineralogia na Escola de Mineração do México (1795), encontrou o mineral chamado naumanita que tem em sua composição o seleneto de prata.

Para determinar o conteúdo de naumanita (Ag₂Se) em uma amostra de minerais que contém também argentita (Ag₂S), foi usado o procedimento descrito a seguir.

Foram pesados 1000,00 g de minério e submetidos a um processo de moagem e lixiviação com cianeto (cianetação). Como resultado desta operação foram obtidos 224,90 g de Na[Ag(CN)₂]. Tomou-se 11,2 g deste complexo e, depois de um tratamento de redução com zinco, foram obtidos 4,29 g de prata metálica.

1.1 Escreva a reação de óxido-redução que ocorre entre o complexo de prata e do zinco:

[indique o estado de agregação (estado físico) de cada componente].

2 Na[Ag(CN)₂]_(s)+ Zn_(s) → Zn(CN)_2(aq) + 2 Ag_(s) + 2 Na⁺_(aq) + 2 CN^-_(aq)

2 pontos

Dados:

Par redox	E^o (V)
Na[Ag(CN)_2.] / Ag	0,52
Zn(CN)₂ / Zn	- 1,05

1.2. Calcule o valor da constante desta reação

Cálculos

Resposta: K = 10^52,37

2 pontos

1.3 Quantos mols de prata total contém a amostra de mineral?

Cálculos:

Resposta: 0,798 mols de prata no mineral

2 pontos

1.4 Tendo em conta que o minério contém 10,10 % de impureza (material inerte). Qual é a percentagem (em massa) de naumanita e de argentita no minério?

Cálculos:

Resposta: Naumanita no mineral = 0,69%

Argentita no mineral = 9,31%

4 pontos

1.5 Qual a fração de prata proveniente da neumanita e qual a proveniente da argentita?

Cálculos:

Resposta: 0,94 de argentita e 0,06 de naumanita

4 pontos

1,6 A redução da prata poderia ter sido feita por eletrólise. Que quantidade de carga elétrica (em Coulomb) seria necessária para depositar eletroliticamente 100,00 g do complexo de cianeto?

Cálculos:

Resposta: 5,28 x 10⁴ C

2 pontos

Valor do Faraday = 96484,0 C

1.7 Se tivéssemos realizado a redução usando uma intensidade de corrente constante de 5A, qual seria o tempo necessário para depositar 98 % da prata?

Cálculos:

Resposta: 172,3 min

2 pontos

Problema 2 Química Inorgânica

15 / 16 pontos

Um sal anidro de cloreto de cobalto(II) foi dissolvido em solução ligeiramente ácida (HCl), e a seguir foram adicionados dois moles de um ligante bidentado (L₁) por cada mol de CoCl₂. Nesta mistura reacional borbulhou-se oxigênio durante 2 horas e, da solução obtida, se cristaliza um composto de cor vermelha (A). Se esta mesma reação é realizada sob aquecimento, o produto que se obtém é um composto de cor verde (B). O resultado da análise elementar para estes dois compostos é a mesma e suas estruturas são mostradas a seguir:

Isômero trans

Composto (A)

Isômero cis

Composto (B)

Os íons Co³⁺ podem formar complexos octaédricos muito estáveis com diferentes ligantes monodentados, bidentados e polidentados em geral.

Quando os compostos A e B são dissolvidos em água, obtém-se, respectivamente, as soluções S₁ y S₂. Se tomamos uma alíquota de cada uma destas soluções e reagimos com um mol de um ligante L₂ monodentado, por mol de composto, observamos uma mudança de cor. Para induzir a precipitação dos produtos nestas duas soluções é necessário adicionar um anion de tamanho adequado; assim, adicionamos, em ambos os casos, um mol de tetrafluoroborato de sódio por mol de composto e obtemos dois produtos de diferente cor: C para S₁ e D para S₂. Ambos cátions complexos têm a mesma carga que os cátions complexos dos compostos A e B.

Ao reagir outras duas alíquotas das soluções originais S₁ e S₂ com três moles de um segundo ligante bidentado, L₃, por mol de complexo, obteve-se, em ambas reações, uma mistura racêmica do complexo E. Para induzir a precipitação adicionou-se três mols de hexafluorofosfato de sódio por mol de E.

INFORMAÇÃO:

LISTA DE POSSÍVEIS LIGANTES

A estabilidade relativa dos complexos de Co(III) com os ligantes incluídos na tabela é:

Cl^- < H₂O < OH^- < NH₃ < etilenodiamina < etilenoditiolato < 1,10-fenantrolina

Com esta informação responda às seguintes perguntas.

1) Escreva a equação química balanceada da reação entre o Co(II) e o oxigênio.

4 H⁺ + 4Co(II) + O₂ → 4 Co(III) + 2 H₂O

2 pontos

2) Escreva os nomes de A e B

A) Cloreto de trans-dicloro bisetilendiamina cobalto(III)

1 ponto

B) Cloreto de cis-dicloro bisetilendiamina cobalto(III)

1 ponto

3) Escreva as estruturas dos compostos C e D, indicando sua isomeria:

Isômero ____trans_____

Composto (C)

Isômero ___cis____

Composto (D)

2 pontos

4) Escreva os nomes dos compostos C e D

C) Cloreto de trans-clorohidroxo bisetilendiamina cobalto(III) 1 ponto

D) Cloreto de cis-clorohidroxo bisetilendiamina cobalto(III) 1 ponto

5) Escreva o nome do complexo E e indique o número de coordenação do cobalto neste complexo.

Nome do complexo E:

Número de coordenação do Cobalto: 6

3 pontos

6) Desenhe a estrutura do anion tetrafluoroborato

2 pontos

7) Determine o estado de oxidação do fósforo no anion hexafluorofosfato.

V 1 ponto

8) Quando se misturam três mols de etilenditiolato de sódio com um mol de CoCl₂ obtém-se o composto Na₃[Co(C₂H₄S₂)₃]. Escreva o nome do composto obtido.

Trisetilenditiolatocobalto(III) de sódio 1 ponto

Problema 3. Físico-química: Combustíveis e cuidado com o ambiente.

15 pontos

Uma das principais preocupações nos dias atuais é a contaminação da atmosfera, a qual tem sido deteriorada notavelmente nas últimas décadas.

Durante muitos anos a atmosfera da Cidade do México se manteve tão limpa que foi qualificada no século XIX como a mais transparente do mundo. Infelizmente, a Cidade do México não tem escapado deste problema mundial e sua atmosfera está se tornando cada vez mais poluída, reduzindo a visibilidade e aumentado a concentração de contaminantes.

São muitas as causas da deterioração ambiental e, dentre estas, encontra-se o uso de combustíveis tais como as gasolinas e o diesel em veículos automotores, assim como o GLP para consumo doméstico. Para reduzir o problema da contaminação foi desenvolvido um projeto para a melhoria das gasolinas, obrigou-se o uso de conversores catalíticos nos automóveis, reduziu-se a quantidade de enxofre no diesel e ampliou-se o uso do gás natural para o consumo doméstico.

Para este projeto foram desenvolvidos diferentes estudos para os quais fez-se uso das informações da tabela seguinte:

Tabela 1 Propriedades Termodinâmicas a 298,15 K

Substância	DH°_f (kJ.mol^-1)	S(J.mol^-1 K^-1)
O₂(g)	0	205,037
S(s)	0	32,054
SO₂(g)	- 296,81	248,11
SO₃(g)	- 395,70	256,6
H₂(g)	0	130,570
H₂O(l)	- 285,830	69,950
C(s)	0	5,74
CO(g)	- 110,53	197,556
CO₂(g)	- 393,51	213,677
CH₄(g)	- 74,800	186,15
C₂H₆(g)	- 84,700	229,5
C₃H₈(g)	- 103,847	270,2
C₄H₁₀(g)	- 126,148	310,12
C₅H₁₂(g)	- 146,44	348,95
N₂(g)	0	191,502
NO₂(g)	33,180	240,0
N₂O₄(g)	9,160	304,2

Para estes estudos solicitamos sua colaboração, respondendo o seguinte:

1. Escreva a reação de combustão do pentano, indicando os estados de agregação, e calcule sua entalpia de combustão a 25 ºC.

Reação: C₅H₁₂(g) + 8 O₂(g) ® 5 CO₂(g) + 6 H₂O(l) 5 Pontos

Cálculos

Resposta: - 3 536,1 kJ/mol 5 Pontos

2. O GLP é uma mistura de hidrocarbonetos constituída fundamentalmente por propano e n-butano. A entalpía de combustão do propano é DH°_c = - 2 220,00 kJ/mol, enquanto a do n-butano é D H°_c = - 2 877,04 kJ/mol.

Calcule o calor de combustão por mol de uma mistura destes gases que contém 40,0% em mol de propano.

Cálculos:

5 Pontos

Resposta: = - 2, 61 x 10³ kJ/mol

3. A entalpia molar de combustão para o metano é D H°_c = - 890,37 kJ/mol e para o etano é D H°_c = - 1 559,81 kJ/mol. Calcule a entalpia de combustão por mol de uma mistura de gases que contém 90,0 % em massa de metano e 10,0 % de etano.

Cálculos:

Gas	M_i/(g/mol)	w_i/(g)	n_i/(mol)	y_i	DH_comb /(kJ/mol)
metano	16	90	5,625	0,944	- 890,37
etano	30	10	0,333	0,056	- 1 559,81
			5.958

Resposta: - 927,86 kJ/mol

10 Pontos

4. Calcule a massa de um mol da mistura anterior.

Cálculos:

Resposta: 16,8 g/mol

10 Pontos

5. Calcule a densidade da mistura anterior em g.L^-1, a 1 bar e 25,0 ºC.

Cálculos:

Resposta: r = 16,784 g/24.8 L = 0,677 g/L

5 Pontos

6. O motor de um automóvel funciona com gás butano e o sistema de resfriamento funciona com água. O radiador contém 18,0 L de água, inicialmente a 25,0 °C, e depois de alguns minutos alcança uma temperatura de operação estável. Durante este tempo são consumidos 150 g de butano.

Se a água no radiador absorve somente 54,4 % do calor liberado na combustão, calcule a temperatura que alcança a água no radiador.

Considere que a densidade da água a 25,0°C é 0,997 g/mL e seu calor específico (capacidade calorífica) é c = 4,184 J.g^-1.K^-1. Calcule a quantidade de calor liberado para o ambiente pela combustão

Cálculos:

Resposta: 3 393 kJ

5 Pontos

7. Considerando a temperatura exterior é de 25,0 °C, calcule a mudança total de entropia do ambiente, ao redor do motor, quando este é esfriado.

Cálculos:

Resposta: 2,50 x 10⁴ J/K

5 Pontos

8. Um dos problemas da contaminação ambiental á a formação de óxidos de nitrogênio. A 25ºC a constante de equilíbrio para a reação: 2 NO₂(g) « N₂O₄(g) é Kp = 6,892. Calcule a pressão, em atmosferas, de cada gás no equilíbrio, se a pressão total é de 1 atm.

Cálculos:

Resposta P_NO2 = 0,3152 atm P_N2O4 = 0,6848

10 Pontos

9. Calcule a constante de equilíbrio termodinâmico para a reação: 2 NO₂(g) « N₂O₄(g), utilizando os dados da tabela 1.

Cálculos:

Resposta: K = 6,892

20 Pontos

INFORMAÇÃO ADICIONAL:

R = 0,082 atm.l.mol^-1K^-1 = 8,314 J.mol^-1K^-1 = 8,314 Pa.m³.mol^-1K^-1

1 atm = 101325 Pa 1 bar = 10⁵ Pa

Problema 4 Química Orgânica

15 / 75 pontos

Os compostos com atividade óptica são muito importantes na nossa vida diária, uma vez que o nosso organismo é constituído por compostos quirais. Outro aspecto importante é o fato de um determinado enantiômero apresentar atividade farmacológica e o outro não, podendo mesmo ser tóxico.

4. Por exemplo, o Ibuprofeno é um fármaco, vendido sem receita médica, e que é muito utilizado para aliviar a dor. O esquema apresentado abaixo mostra uma rota possível para a síntese laboratorial do ibuprofeno. Complete o esquema, escrevendo as estruturas dos intermediários e dos reagentes representados por letras e do ibuprofeno:

RESPOSTAS:

Diga se o Ibuprofeno obtido por este processo é:

a) o enantiômero R

b) a mistura racêmica

c) o enantiômero S

RESPOSTA: b

4. b) O NutrasweetÔ é um dos edulcorantes mais utilizados no mundo. Como se pode ver pela sua estrutura, é um dipeptídeo composto por dois aminoácidos diferentes:

4.b.1) Desenhe as estruturas dos dois aminoácidos presentes no NutrasweetÔ.

4.b.2) Indique a configuração absoluta (R ou S) de cada um dos aminoácidos anteriormente desenhados.

Problema 5 Química Analítica

12,5 / 17 pontos

Algumas ligas de prata contêm cobre e níquel. A análise destas ligas pode ser feita da seguinte forma:

Adiciona-se ácido nítrico a uma amostra de liga que foi previamente pesada com precisão. Observa-se uma reação na qual se forma dióxido de nitrogênio. Quando todo o metal se dissolve, neutraliza-se o excesso de ácido com solução de amoníaco e, em seguida, evapora-se o solvente até quase a secura. Adiciona-se água e uma solução de cloreto de sódio. Aquece-se ligeiramente, evitando a exposição à luz, para que não ocorra a redução da prata. O precipitado formado é filtrado, lavado com água destilada e seco numa estufa.

O líquido filtrado é alcalinizado e a ele é adicionado dimetilglioxima. Depois de aquecer suavemente a mistura durante 20 minutos, aparece um precipitado neutro, o dimetilglioximato de níquel, que se filtra, lava e seca. A fórmula molecular da dimetilglioxima é C₄H₈O₂N₂ e a relação estequiométrica da reação entre a dimetilglioxima e o íon Ni⁺² é de 2 (de dimetilglioxima) para 1 (de Ni^2+.).

Por fim, para determinar a quantidade de cobre acidifica-se a solução filtrada e adiciona-se um excesso de iodeto. O iodo liberado é titulado com tiossulfato de sódio.

Para efetuar a análise de uma liga, foi seguido o procedimento descrito acima, tendo-se utilizado uma amostra de liga cuja massa é exatamente de 0,962 g.

5.1 Foram obtidas 0,592 g de AgCl. Qual é a percentagem de prata na liga?

Cálculos:

2 pontos

Resposta:

4 pontos

5.2 Na análise de outra amostra de igual peso, que foi tratada nas mesmas condições, mas que não foi protegida da luz, obteve-se só 0,573 g da mistura AgCl e Ag. Que percentagem de prata foi reduzida nesta amostra?

Cálculos:

Resposta: 12,93 %

2 pontos

5.3 A massa de precipitado de níquel obtida é 0,4417 g. Qual é a percentagem de níquel na liga?

Cálculos:

Resposta:

5.4 Escreva a equação química da reação de formação do iodo.

2 Cu²⁺ + 3 I^- → CuI_(s) + I₂

1 ponto

5.5 Escreva a equação química da reação entre o iodo e o tiossulfato de sódio.

I₂ + 2 S₂O₃^2- → S₄O₆^2- + I^-

5.6 Que volume de tiossulfato de sódio 0,1 M seria gasto para titular uma amostra que contém a décima parte do iodo libertado na reação entre o íon Cu²⁺ e o iodeto?

Cálculos:

Resposta: Seriam gastos 6,7 mL de tiosulfato de concentracão 0,1 M

3 pontos

As figuras seguintes representam diferentes curvas de titulações potenciométricas e fotométricas de iodo com tiossulfato de sódio.

5.7 Indique qual das figuras dadas corresponde à curva de titulação potenciométrica do iodo com tiossulfato de sódio.

RESPOSTA: a

2 pontos

5.8 Indique qual das figuras dadas corresponde à curva de titulação fotométrica do iodo com tiossulfato de sódio. Considere que o iodo apresenta um máximo de absorção a um comprimento de onda de 350 nm e que as medições são efetuadas a esse comprimento de onda.

RESPOSTA: d

2 pontos

PROBLEMA 06 FISICOQUIMICA 01 10 pontos totais

REFINO DE COBRE

O México é um importante produtor de cobre a nível mundial. Um dos métodos de purificação do cobre, chamado eletro-refinação, se baseia em um processo eletroquímico no qual um eletrodo de cobre de baixa pureza atua como anodo e se dissolve enquanto um eletrodo de titânio atua como cátodo, depositando-se sobre o mesmo uma camada de cobre de alta pureza. As impurezas que estavam contidas no cobre de baixa pureza ficam dissolvidas na solução eletrolítica (chamada eletrólito)

6.1 .- Em uma cela de eletro-refinação que consta somente de dois eletrodos, a reação ou as reações de redução ocorrem no:

(Assinale o quadro correspondente à resposta correta)

Cátodo

0,5 ponto

Anodo

6.2 Se o eletrólito é uma solução de CuSO₄ em ácido sulfúrico diluído em água, na passagem de uma corrente elétrica pela cela, pode-se esperar a ocorrência de pelo menos duas reações de redução. Escreva duas destas possíveis reações de redução:

Cu²⁺ + 2 e ® Cu⁰ , 2 H₃O⁺ + 2 e ® H₂ + 2 H₂O , 2 H⁺ + 2e ® H₂

0,5 ponto por cada reação

6.3 Para preparar o eletrólito um estudante utiliza ácido sulfúrico concentrado de densidade igual a 1,84 g/cm³e com 96,0% em massa do ácido. Calcule a concentração molar deste ácido concentrado:

CÁLCULOS

A concentração molar do ácido concentrado é 18,1 M___

1 ponto

6.4 Se o estudante toma 83,5 mL do ácido sulfúrico concentrado e os dilui em água destilada até obter 500,0 mL de solução, a concentração molar do ácido nesta solução é:

CÁLCULOS

Concentração 3,0 M 1 ponto

A corrente que circula por uma cela eletroquímica é medida em amperes (A).Um ampere equivale à passagem de uma carga de 1 coulomb (C), a cada segundo, por um ponto do circuito.

Carga de um elétron: 1,60 x 10^-19 C

Constante de Avogadro (N_A): 6,022 x 10²³.

6.5 Quando a corrente é de um miliampere, 1,0 mA, a quantidade de elétrons que passa por um ponto do circuito, a cada segundo é:

CÁLCULOS:

Quantidade de elétrons: _____6,25 x 10¹⁵ elétrons __

1 ponto

6.6.- Depois de dez horas de funcionamento de uma cela eletroquímica, mantendo a corrente constante, determinou-se que ocorreu a passagem de um mol de elétrons por um ponto do circuito. Portanto, a corrente mantida nesta cela é:

CÁLCULOS

Corrente _____2,67 A 1,5 pontos

6.7.- Em um experimento de eletro-refinação de cobre, um estudante utiliza um cátodo de titânio cuja massa inicial é de 10,0 g. Depois de dez minutos de funcionamento da cela, a uma corrente constante de 1,0 A, o referido eletrodo é extraído e sua massa é determinada como sendo 10,140 g. Durante o experimento o estudante nota que sobre a peça de titânio vai se depositando uma película de cobre e também observa a formação de um gás. Calcule a quantidade de mols de gás produzido no cátodo:

CÁLCULOS:

______________9.1 x 10^-4 moles de H₂___________mols de gás.

4 pontos

Problema 7 Química Orgânica

10 / 45 pontos

Os derivados do ácido barbitúrio são muito usados em medicina como soporíferos (indutores de sono) desde 1903. Embora sejam muito eficientes, os barbitúrios são muito perigosos, pois provocam dependência. É comum ocorrerem resultados fatais quando o paciente toma uma dose superior ao receitado.

O fenobarbital é um exemplo de um barbitúrio muito utilizado, que pode ser obtido através da seguinte via sintética:

7. a) Complete a seqüência sintética, escrevendo as estruturas dos intermediários de A a F, assim como, do reagente I.

RESPOSTAS:

7. b) Escreva a fórmula estrutural do intermediário que se forma durante a reação de F com H₂NCONH₂, na presença de EtONa, e antes da adição de HCl (antes de acidificar).

RESPOSTA:

Cuernavaca, Morelos Outubro de 2003

Exame Prático

8ª. OLIMPIADA IBEROAMERICANA DE QUÍMICA

CUERNAVACA, MORELOS EXAME PRÁTICO

CONSIDERAÇÕES GERAIS

Durante todo o tempo que você estiver no laboratório utilize os óculos de segurança ou seus próprios óculos, se estes foram aprovados. Utilize somente a seringa para pipetar NÃO PIPETE COM A BOCA POR NENHUMA RAZÃO.
Quando ingressar no laboratório, localize o lugar onde se encontra o chuveiro de segurança e dirija-se ao lugar correspondente a seu número (código).
Comece a trabalhar somente quando escutar o sinal INICIAR
Você tem 5 horas para completar todo o trabalho experimental, e escrever seus resultados nas folhas de respostas. Será dado um pré-aviso 15 minutos antes que se esgote o tempo. Você deverá parar seu trabalho imediatamente após escutar a palavra TERMINAR. Um atraso de 5 minutos significará o cancelamento do experimento que você está realizando e terá pontuação zero.
Este exame prático consiste de dois experimentos. Para utilizar seu tempo eficazmente, comece com o experimento de química orgânica e, quando tiver que esperar algum tempo inicie o experimento de química analítica. Posteriormente, continue com o experimento de química orgânica.
Escreva seu nome e seu código de identificação pessoal (indicado no seu lugar de trabalho) no quadro correspondente das folhas de respostas.
Todos os resultados devem estar escritos nos espaços correspondentes das folhas de respostas. Tudo o que for escrito fora destes espaços não será corrigido. Não escreva nada atrás das folhas de respostas. Se necessitar de mais papel para trabalhar, ou necessitar substituir uma folha de respostas, peça ao assistente de laboratório.
Quando terminar seu exame, ponha todos os papeis dentro do envelope que lhe foi fornecido. Somente os papeis entregues dentro do envelope serão corrigidos.
Não saia do laboratório antes de ser autorizado para tal.
Utilize somente o material que lhe foi fornecido.
Uma versão oficial em espanhol está disponível caso você necessite.
É terminantemente proibido comer no laboratório.

Descarte de resíduos químicos, derrames e material de vidro: Filtrados e lavados orgânicos e qualquer outro resíduo deverão ser vertidos (depositados) nos dois frascos indicados para resíduos.

Utilize o frasco adequado para descartar as substâncias químicas e qualquer outro material de descarte. Material de vidro quebrado deverá ser colocado no depósito correspondente. Haverá uma penalidade de um ponto por quebra de material de vidro ou reposição de amostras.

Limpeza: Ao final, limpe seu lugar de trabalho.

EXAME PRÁTICO QUÍMICA ORGÂNICA

QUÍMICA VERDE

O objetivo da Química verde é desenvolver procedimentos químicos que não provoquem a poluição do meio ambiente, utilizando as matérias primas de uma forma eficiente (de preferência renováveis), eliminando a produção de resíduos e evitando o uso de reagentes e solventes tóxicos e/ou perigosos na produção e aplicação de produtos químicos.

Há vários processos para determinar se uma reação química pode ser considerada verde, por exemplo, a percentagem de economia atômica, que se define da seguinte forma[1]:

Nesta experiência será efetuada uma reação química que é considerada um processo de química verde e que se pode traduzir por:

NORMAS DE SEGURANÇA:

Utilize roupa apropriada para trabalhar num laboratório, bata, óculos de segurança e luvas. Evite o contacto entre os reagentes usados e a pele. Se ocorrer um acidente, lavar bem a pele só com água e depois com sabão.

MATERIAL
Erlenmeyer de 50 mL	1	Barra magnética	1
Erlenmeyer de 25 mL	1	Espátula metálica	1
Seringa de 10 mL com agulha	3	Recipiente de alumínio com resistência elétrica	1
Kitasato de 125 mL	1	Frasco de vidro com tampa para cromatografia em camada fina	1
Frasco	3	Placa de aquecimento com agitação magnética ou agitador magnético	1
Funil de Büchner com borracha	1	Copo de precipitação (Béquer) de 100 mL	1
Proveta graduada de 25 mL	1	Frascos (envase) para as amostras para a cromatografia em camada delgada	3
Frascos com solventes (ácido acético, acetato de etila e hexano)	3

REAGENTES:	QUANTIDADE:
2-(a)-metil-4,5-di-hidrotestosterona	0,5 g
Ácido acético glacial	3 mL
Hipoclorito de sódio (solução comercial a 11 % de cloro ativo)	7,5 mL
Bissulfito de sódio (solução saturada)	3 mL
SOLVENTES PARA A CROMATOGRAFÍA EM CAMADA DELGADA
Hexano	10 mL
Acetato de etilo	10 mL

PROCEDIMIENTO:

Insira a seringa com o carvão ativado no centro do septo que serve de rolha ao Erlenmeyer de 50 mL que contém aproximadamente 0,5 g de 2(a)-metil-4,5-di-hidrotestosterona (álcool). Utilize outra seringa de plástico de 10 mL para medir 3 mL de ácido acético glacial, e adicione ao Erlenmeyer, furando o septo. Após a adição do ácido acético coloque o Erlenmeyer no agitador magnético e agite moderadamente até obter uma solução do álcool em ácido. Com a outra seringa meça 7,5 mL de uma solução de hipoclorito de sódio (marca comercial Cloralex), e novamente introduza a agulha através do septo, para adicionar lentamente os 7,5 mL de hipoclorito de sódio na solução da matéria prima (álcool). A adição deve ser efetuada durante um tempo total de 10 minutos.

Após a adição da solução de hipoclorito de sódio, verifique se há um excesso deste, observando se há vapores verde-amarelados de cloro dentro do Erlenmeyer (se não observar os vapores, adicione mais 2 mL da solução de hipoclorito de sódio).

Condições da reação:

Após a adição da solução de hipoclorito de sódio deixe a mistura reacional agitando à temperatura ambiente, durante 1 hora.

Isolamento e purificação do produto:

Para isolar o produto da reação é necessário eliminar o excesso de hipoclorito de sódio. Para tal, adicione lentamente 5 mL da solução saturada de bissulfito de sódio (NaHSO3), através do septo, até o desaparecimento dos vapores verde-amarelados. Para esta adição, utilize uma das seringas de plástico (previamente lavada com água destilada). Isole o produto obtido por filtração sob vácuo e lave-o com 10 mL de água destilada. (Coloque o filtrado no frasco de resíduos indicado). Retire uma pequena quantidade deste produto (uma ponta de espátula é suficiente) e coloque no frasco rotulado como cetona impura, a qual irá ser usada na análise por cromatografia em camada delgada. Purifique o restante por recristalização em etanol/água (dissolva a quente, na menor quantidade possível de etanol e precipite com a menor quantidade possível de água). Depois esfrie em banho de gelo.

Para isto utilize o Erlenmeyer de 25 mL e o recipiente (caneca) para o banho-Maria (tenha o cuidado de colocar água no recipiente antes de ligá-lo à corrente elétrica). O produto obtido é isolado por filtração sob vácuo, mantendo o vácuo até à eliminação do excesso de solvente. (Coloque o filtrado no frasco de resíduos indicado). Determine o rendimento da reação (em gramas e em percentagem) e o ponto de fusão do produto.

Caracterização do produto:

A caracterização será efetuada por meio de uma análise por cromatografia em camada delgada. Marque com um lápis uma linha na parte inferior da placa de cromatografia, aproximadamente a 0,5 cm de uma das bordas. Nos frascos rotulados como álcool (matéria prima), cetona impura e cetona pura, adicione um pouco de acetato de etila e aplique, com cuidado, cada uma das soluções resultantes na placa cromatográfica, como se mostra na figura:

Coloque a placa de cromatografia na câmara de eluição, feche-a com cuidado e deixe eluir (como indicado na figura). Utilize como eluente uma mistura de hexano: acetato de etilo (70:30) e revele a placa com vapores de iodo. Determine o Rf da matéria prima (álcool) e do produto puro (cetona pura).

PERGUNTAS:

1. A reação que você realizou é uma reação de óxido-redução.

a) Escreva a fórmula do agente oxidante?

RESPOSTA: NaOCl 1 ponto

b) Escreva a fórmula do agente redutor?

RESPOSTA:

1 ponto

2 a) Para que se trata a mistura reacional com bissulfito de sódio antes de isolar o produto?

a. I) Para eliminar o excesso de ácido acético na reação.

a. II) Para eliminar o excesso de hipoclorito de sódio.

a. III) Para eliminar o excesso de matéria prima (álcool) que não reagiu.

RESPOSTA: a. II

1 ponto

b) A equação química balanceada que descreve processo anterior é:

b.I) CH₃COOH + NaHSO₃ → CH₃COONa + Na₂SO₃.

b.II) NaOCl + NaHSO₃ → Na₂SO₄ + HCl.

b.III) ROH + NaHSO₃ → RONa + Na₂SO₃.(R = anel esteroidal da matéria prima)

RESPOSTA: b. II

1 ponto

3. Qual é a porcentagem de economia atômica da reação efetuada?

CÁLCULOS:

RESPOSTA:

PORCENTAGEM DE ECONOMIA ___79,8_%

2 pontos

4. Qual é a porcentagem de economia atômica da seguinte reação?

CÁLCULOS:

RESPOSTA:

PORCENTAGEM DE ECONOMIA _______50,5__ % 2 pontos

5. Com base nas respostas das perguntas (3) e (4), qual das duas reações tem uma melhor economia atômica?

RESPOSTA: reação 3 (com hipoclorito) em presença de ácido acético

2 pontos

6.- Determine o RF da matéria prima e do produto puro. Para isto você deve desenhar as manchas que observar na placa cromatográfica:

CÁLCULOS DOS VALORES DE RF

10 pts

7. Com base em sua placa cromatográfica, você considera que a purificação do produto bruto serviu de algo?

a) Não, uma vez que se aumentou a quantidade de álcool (matéria prima) que contaminava meu produto (cetona) ao dissolver este na mistura utilizada na recristalização.

b) Sim, uma vez que se aumentou a quantidade de álcool (matéria prima) que contaminava meu produto (cetona).

c) Não, uma vez que por não ser um bom sistema (o par de solventes) para purificar meu produto (cetona), não se conseguiu eliminar o álcool (matéria prima) que não reagiu e que o contaminava.

d) Sim, já que se eliminou o álcool (matéria prima) que não reagiu e que contaminava meu produto (cetona).

RESPOSTA: d 10 pontos

8. Calcule o rendimento em porcentagem com o qual você obteve o produto:

RESPOSTA:

GRAMAS DE PRODUTO OBTIDO: ______________

CÁLCULOS: respostas entre 66 g e 80 g 30 pontos

40g a 65g e 81g a 100g 20 pontos

RESULTADO: ________________%

9. O ponto de fusão de seu produto é o seguinte:

RESPOSTA: 143 – 145 ^oC entre 138^oC a 150 ^oC 30 pontos

cada grau para mais ou para menos desconta 1 ponto

PEÇA A ALGUM DOS PROFESORES SUPERVISORES QUE COLE NOS ESPAÇOS ABAIXO A PLACA CROMATOGRÁFICA E A BOLSA COM SEU PRODUTO:

2. EXAME PRÁTICO QUIMICA ANALÍTICA

Primeira parte

No mês de setembro passado caíram fortes chuvas na Cidade do México causando severas inundações. Como conseqüência de uma destas chuvas, a água entrou em um depósito da Faculdade de Química da UNAM e alguns frascos de reagentes colocados nas prateleiras inferiores se molharam e suas etiquetas se desprenderam, porém, todas foram conservadas separadas de seus frascos pelo sabemos que eram ácidos ou sais de cor branca e com qualidade de reagente analítico.

Sua tarefa esta tarde será ajudar-nos a identificá-los. Para adiantar o trabalho pesamos com exatidão quantidades conhecidas de cada um destes compostos, dissolvemos em água destilada e conhecemos sua concentração exata, expressa em gramas/litro.

Antes de iniciar o trabalho experimental revise com cuidado a tabela dos possíveis compostos que são indicados abaixo. Considere que para identifica-los você pode usar somente dois tubos de ensaio, material volumétrico simples, uma solução de NaOH de concentração previamente determinada e soluções de 2 indicadores: fenolftaleína (intervalo de viragem = 8,0 a 9,2) e vermelho de metila (intervalo de viragem = 4,2 a 5,4).

Planeje uma forma de identificá-los e responda a primeira folha de perguntas. Quando terminar, entregue esta folha de planejamento a um supervisor que lhe dará una segunda folha informativa para você realizar seu trabalho prático. (recomendamos não usar mais de 15 minutos para esta parte)

Tabela de possíveis reagentes

Nome do composto	Fórmula condensada	Força dos correspondentes sistemas ácido-base
Ácido sulfanílico	NH₂C₆H₅SO₃H	Ácido forte
Hidrogenoftalato de potássio (ftalato ácido de potássio)	KC₈H₅O₄	pk_a(1)= 5.1 ; pK_a(2)= 7.9
Ácido benzóico	C₆H₅COOH	pk_a= 5.2
Sulfato de potássio	K₂SO₄	pk_a(2)= 1.8
Carbonato de sódio	Na₂CO₃	pk_a(1)= 6.3 ; pK_a(2)= 10.2
Ácido acetilsalicílico	C₉H₈O₄	pk_a= 4.9
Ácido Oxálico (di-hidratado)	(COOH)₂ ·2H₂O	pk_a(1)= 4.0 ; pK_{a (2)}5.1
Ácido ascórbico	C₆ H₈ O₆	pk_a(1)= 4.2 ; pK_{a (2)}11.7

FOLHA DE RESPOSTAS

Indique como você poderia identificar, com o material e os reagentes propostos, cada um dos compostos mencionados a seguir.

Para cada composto indique a letra da técnica que te permita identificar com certeza (se houver mais de uma técnica indique todas)

A) Observação da cor ao adicionar o vermelho de metila

B) Titulação ácido base utilizando vermelho de metila

C) Titulação ácido base utilizando fenolftaleína

D) Observação da cor ao adicionar fenolftaleína

E) Titulação do precipitado

Composto	Técnica(s) de identificação
Ácido sulfanílico
Hidrogenoftalato de potássio (ftalato ácido de potássio)
Ácido benzóico
Sulfato de potássio
Carbonato de sódio
Ácido acetilsalicílico
Ácido Oxálico (di-hidratado)
Ácido ascórbico

Assinatura do supervisor__________________________________

2. EXAME PRÁTICO QUIMICA ANALÍTICA

Segunda parte

Informação adicional

O chefe do depósito acaba de informar que na prateleira afetada pela inundação, somente se encontravam ácidos orgânicos. Por tanto, seu problema pode conter, unicamente, algum dos seguintes compostos. Identifique-o titulando com NaOH e fenolftaleína como indicador.

Nome do composto	Fórmula condensada	Força dos correspondentes sistemas ácido-base
Ácido sulfanílico	NH₂C₆H₅SO₃H	Ácido forte
Hidrogenoftalato de potássio (ftalato ácido de potássio)	KC₈H₅O₄	pk_a(1)= 5.1 ; pK_a(2)= 7.9
Ácido benzóico	C₆H₅COOH	pk_a= 5.2
Ácido acetilsalicílico	C₉H₈O₄	pk_a= 4.9
Ácido Oxálico (di-hidratado)	(COOH)₂ ´2H₂O	pk_a(1)= 4.0 ; pK_{a (2)}5.1

MATERIAL INDIVIDUAL DISPONÍVEL

1 Bureta de 25,00 mL

1 suporte com garra para bureta

3 Erlenmeyer

1 béquer de 150 mL.

1 pipeta volumétrica de 10,00 mL

1 seringa com pêra, para encher a pipeta (em substituição à propipeta)

1 frasco conta-gotas com fenolftaleína

1 frasco com solução padronizada de NaOH (a concentração exata está indica na etiqueta)

1 frasco com a solução problema

Este material lhe permitirá realizar a titulação de sua solução problema e identificá-la.

2. EXAME PRÁTICO QUIMICA ANALÍTICA

FOLHA DE RESPOSTAS

Número da solução problema________________________

Concentração da solução problema (em g/litro) ________________

Concentração da solução de NaOH __________________

Volume de NaOH gasto nas titulações

Volume 1 _________________

Volume 2_________________

Volume 3 _________________

Volume utilizado nos cálculos ________________________

Cálculos para identificar o ácido

O ácido orgânico contido em sua amostra é _________________________

10 pontos