Unicamp 2020 - 2ª fase - dia 2
A bula de um analgésico e anti-inflamatório informa que na composição de cada comprimido há, além de hidrogenocarbonato de sódio (bicarbonato de sódio), três substâncias orgânicas, cujas estruturas químicas são apresentadas a seguir.
a) Considerando a composição do comprimido, o que deve acontecer quando ele for colocado em água? Descreva o que será observado visualmente e apresente uma equação química que justifique o que você descreveu.
b) Levando em conta a estrutura desses princípios ativos (compostos A, B e C), a solubilidade de qual deles sofrerá maior influência na presença do hidrogenocarbonato de sódio? Justifique sua resposta tendo em vista as possíveis modificações nas moléculas e nas interações intermoleculares solutosolvente.
a) Quando o comprimido for colocado em água, ocorrerá efervescência. Visualmente, será observada a evolução de bolhas devido a uma reação química.
Podemos justificar a formação de gás pela hidrólise do íon bicarbonato ou pela reação entro o bicarbonato de sódio e o composto A, mostradas a seguir:
Hidrólise do íon bicarbonato:
ou
Reação do bicarbonato de sódio com A:
b) Como mostrado nas equações do item a, o íon bicarbonato é uma base que, quando sofre hidrólise, gera íons hidróxidos. Trata-se de uma base fraca, de tal forma que a hidrólise dos grupos éster e amida presentes nos compostos B e C, respectivamente, não ocorrem. Entretanto, o bicarbonato reage com ácidos carboxílicos (com fenóis não ocorre reação) produzindo um sal orgânico que é mais solúvel que sua molécula de origem, uma vez que esse sal se dissocia em água, formando cátions e ânions que interagem com a água através de interações do tipo íon-dipolo.
“Quatro anos atrás, com meu jaleco branco, saí da clínica pediátrica e dei uma entrevista coletiva. Levantando uma mamadeira cheia de água de Flint, Michigan, compartilhei minha pesquisa: o chumbo estava aumentando no sangue das crianças de Flint. Inicialmente, as autoridades tentaram me silenciar, mas persistência, ativismo, trabalho em equipe e ciência prevaleceram. Desde então, Flint segue um caminho lento, mas seguro, em direção à recuperação.”
O trecho acima, publicado no New York Times em 27/08/2019, expõe um grave problema com a água encanada da cidade americana de Flint. Em 2016, foram registrados níveis elevados de íons chumbo e ferro na água, como resultado de uma sequência de erros. Ao mudar a captação de água para um rio local, quantidades maiores de cloro e de cloreto de ferro foram adicionadas à água. Nessa mudança, também deixaram de adicionar à água tratada uma substância para evitar a deterioração da camada protetora no interior dos canos de chumbo. Essa camada protetora resulta da deposição anódica de fosfato de chumbo, um sal muito pouco solúvel em água, nos canos novos.
a) Considerando as informações fornecidas e aspectos relativos ao equilíbrio químico, que substância poderia ter sido adicionada à água tratada para evitar a corrosão e a contaminação por chumbo: íons fosfato , íons chumbo ou fosfato de chumbo? Justifique sua resposta e exemplifique com uma equação química.
b) Essencialmente, a água tratada continha cloro molecular, íons cloreto, oxigênio dissolvido, e apresentava pH abaixo do recomendado. Considerando apenas essas características da água tratada, o que poderia ter promovido a corrosão do encanamento de ferro? Escreva uma equação química adequada à sua resposta e a justifique do ponto de vista químico.
a) O equilíbrio químico que envolve a camada protetora da deposição anódica pode ser equacionado como:
A corrosão dessa camada corresponde ao sentido direto desse equilíbrio, formando íons , contaminando a água, enquanto que o sentido inverso corresponde a deposição do sal muito pouco solúvel em água.
Para evitar a contaminação de água por íons deve-se adicionar a ela íons fosfato que, pelo efeito do íon comum, irá deslocar o equilíbrio acima citado para a esquerda, consumindo possíveis íons presentes na água.
b) A corrosão do ferro corresponde a uma semirreação de oxidação. Assim, para ocorrer essa semirreação é necessário que ocorra outra semirreação de redução. Com base nas espécies destacadas no texto, podemos pensar na redução do oxigênio dissolvido na presença de (baixo pH) e/ou na redução do cloro molecular, conforme as equações:
Obs: O processo de oxirredução envolvendo o ferro e o ocorre na formação da ferrugem, conforme o esquema:
Fonte: ATKINS, Peter William; JONES, Loretta. Chemical Principles. 5. ed. New York: H. Freeman and Company. 2010.
Frequentemente se alerta contra o impacto negativo do descarte de materiais no meio ambiente, apresentando-se uma Tabela de Tempo de Decomposição dos Materiais (TTDM). Nessa tabela, informa-se o tempo que materiais comuns permanecem no ambiente até sua total decomposição. Para verificar o impacto desse tipo de informação na visão de alunos do ensino médio, um estudo utilizou questionários em dois momentos diferentes. No primeiro questionário (Q1), os alunos deveriam assinalar os materiais que consideravam mais prejudiciais ao meio ambiente, conforme seu conhecimento prévio sobre o assunto. No segundo questionário (Q2), o mesmo pedido foi feito, porém, desta vez, os alunos eram informados sobre o tempo de decomposição dos materiais. O gráfico abaixo mostra parte do resultado da pesquisa, considerando apenas os três materiais mais citados.
a) Considerando as características da pesquisa, preencha as lacunas no quadro do espaço de respostas levando em conta os resultados dos questionários Q1 e Q2 representados no gráfico. Justifique sua escolha para Q1 e Q2, deixando claro seu raciocínio.
b) Considerando pilhas e plásticos, comente, separadamente, as dificuldades técnicas em reutilizar, reaproveitar ou reciclar esses dois materiais.
FOLHA DE RESPOSTAS
a) Completando o quadro:
Como o questionário Q2 foi preenchido após os alunos serem informados sobre o tempo de decomposição dos materiais, espera-se maior porcentagem de respostas para vidro, cujo tempo de decomposição é de 1 milhão de anos, e em seguida plástico, com tempo de decomposição de 400 anos e por último a pilha, com tempo de decomposição de 50 anos. Assim as barras em cinza devem indicar o questionário Q2 e as barras em preto o questionário Q1.
b) As dificuldades encontradas são:
Pilhas: coleta das pilhas usadas que devem ser separadas do lixo e encaminhadas ao destino correto; separação dos metais que compõem a pilha.
Plásticos: separação adequada dos plásticos dos outros tipos de materiais; nem todos os plásticos são recicláveis, sendo necessário esse tipo de identificação e o encaminhamento para reutilização, por exemplo; cada tipo de plástico tem um processo que deve ser utilizado; requer altas temperaturas, ou seja, alto gasto de energia.
Uma pesquisa comparou o desempenho de lavagem (Figura 1) de duas diferentes formulações de sabão líquido em diferentes temperaturas. Esse estudo comparou um sabão convencional, que contém apenas protease, com outro em que 10% do surfactante foi substituído por 1% de uma mistura multienzimática de protease, lipase e amilase. A Figura 2 resume a diferença entre os dois tipos de sabão quanto ao impacto ambiental por lavagem: a barra “Enzima” refere-se ao impacto na produção das enzimas; a barra “Surfactante” refere-se ao impacto decorrente do menor uso de surfactante convencional na formulação multienzimática para se obter o mesmo desempenho de lavagem; a barra “Temperatura” refere-se ao impacto relativo à temperatura de lavagem, ou seja, ao se efetuar a lavagem a 15 ºC em vez de 30 ºC.
a) Considerando-se as informações dadas, manchas de que grupos de substâncias poderiam ser mais facilmente removidas com o uso do sabão multienzimático em comparação com o sabão convencional? Cite os grupos e, para cada grupo, dê um exemplo de material que causa manchas.
b) Do ponto de vista ambiental, qual seria a principal vantagem do uso do sabão multienzimático em comparação com o sabão convencional? Justifique sua resposta levando em conta os dados apresentados nas Figuras 1 e 2.
a) O sabão multienzimático possui as enzimas lipase, capaz de quebrar lipídeos, facilitando a remoção de manchas desse grupo de substâncias, tais como óleos e gorduras, e possui amilase, responsável por quebrar polissacarídeos facilitando a remoção de amido.
b) O uso do sabão multienzimático é vantojoso em relação ao sabão convencional em qualquer temperatura (figura 1), com isso, pode-se utilizá-lo em menores temperaturas (15oC) pois além de precisar de menor energia, há menor impacto ambiental por lavagem, conforme a figura 2, devido à menor emissão de CO2.
De volta Para o Futuro ou O Túnel do Tempo são obras de ficção em que personagens são transportadas para o passado. Imagine que você voltasse no tempo algumas décadas, no Brasil. Duas situações com que você se depararia estão resumidas nos Textos 1 e 2 abaixo. É claro que ninguém iria acreditar que você veio do futuro, mas considerando o que você conhece hoje, que sugestões você daria aos administradores da época? Descreva cada uma delas no item correspondente.
a) Para amenizar o problema gerado pelo aumento do preço do petróleo na produção de combustíveis (Texto 1), apresente uma alternativa tecnológica adequada. Aponte uma vantagem e uma desvantagem na adoção dessa tecnologia.
b) O barulho produzido pelas latas nos horários das coletas de lixo tornou-se um dos alvos mais frequentes da seção “Queixas e Reclamações” do jornal O Estado de São Paulo, principalmente nas décadas de 1940 e 1950. Mas as populares latas de lixo já estavam com os dias contados em 1972, quando a Prefeitura de São Paulo fez uma experiência com sacos de polietileno, como mostra a notícia reproduzida no Texto 2. Aponte uma vantagem e uma desvantagem na adoção dessa medida.
a) Uma alternativa tecnológica seria o uso de:
- Fontes alternativas de energia, como a solar com as vantagens de não ser poluente e deixar a economia menos dependente do petróleo. As desvantagens são da dependência de condições naturais (sol) e também o custo de produção.
ou
- Combustíveis renováveis, como o etanol, em que as vantagens seriam o menor impacto ambiental e deixar a economia menos dependente do petróleo. Já as desvantagenssão a menor aplicabilidade e o custo de desenvolvimento de tecnologia.
b) A vantagem em utilizar os sacos plásticos seria evitar o mau cheiro e a presença de animais, facilitando o armazenamento e transporte. A desvantagem é a decomposição do polietileno no meio ambiente.
Em agosto de 2019, manchas de óleo atingiram mais de 130 localidades de 63 municípios em nove Estados do Nordeste brasileiro, afetando diversos ecossistemas marinhos, além de prejudicar a pesca e o turismo na região. O que se via, na ocasião, eram manchas de um material negro amarronzado, muito viscoso, parecido com piche. No ambiente marinho, o petróleo, uma mistura complexa de compostos orgânicos, sofre modificações iniciais em razão de dois processos que o tornam mais viscoso e denso. Quase ao mesmo tempo, a mancha se espalha e parte dela se dispersa, aumentando a viscosidade e a densidade do material. Com o passar do tempo, as manchas de petróleo sofrem um processo de emulsificação, incorporando água, aumentando de volume e mudando de cor (de negro a marrom), para, em seguida, sofrer fotoxidação e biodegradação, sendo este último processo efetuado por organismos marinhos. As drásticas consequências para o meio ambiente, no entanto, vão muito além do que se observou acentuadamente nesse período de 2019.
a) Alguns processos naturais de interação entre uma mancha de petróleo e o ambiente marinho estão resumidos na figura abaixo. Complete a tabela no espaço de respostas com os nomes dos respectivos processos numerados na figura.
b) Dois dos processos que levam à diminuição do tamanho da mancha de óleo ocorrem mais intensamente logo no início do derramamento. Eles também são mais intensos para petróleos mais leves e para derramamentos em águas tropicais. Abaixo, nomeie os dois processos que, no início do derramamento, levam à significativa diminuição do tamanho da mancha de óleo. Em seguida, escolha uma das situações apontadas e justifique, do ponto de vista das interações intermoleculares, por que tais processos ocorrem mais intensamente na situação escolhida.
FOLHA DE RESPOSTAS
a) Processos:
| 1. Fotoxidação | 4. Emulsificação |
| 2. Evaporação | 5. Dissolução |
| 3. Dispersão | 6. Biodegradação |
b) Processo 1 - Evaporação
Processo 2 - Dispersão
Situações:
Mais intensos para petróleos mais leves - A evaporação e a dispersão ocorrem mais intensamente para petróleos que contêm moléculas mais leves (menores), cujas interações intermoleculares (forças de van der Waals ou dipolo instantâneo-dipolo induzindo) são mais fracas devido à menor superfície de contato entre essas moléculas.
Mais intensos para derramamentos em águas tropicais - As águas tropicais são mais quentes, o que favorece a quebra das interações intermoleculares (forças de van der Waals ou dipolo instantâneo-dipolo induzindo) que ocorrem na evaporação e dispersão devido a maior energia.