Questão 4 Unicamp 2026 - 2ª fase - dia 2 - Elite Colégio e Pré-Vestibular

Questão 4

Nomenclatura dos compostos orgânicos Ácidos Carboxílicos Nomenclatura de Ácidos Ka pH e pOH Eletrólise

O filme Dark Waters, ou O Preço da Verdade, de 2019, retrata um processo judicial motivado por uma intensa contaminação ambiental pelo descarte inapropriado do C8, única identificação do composto químico que o advogado sabia no início da acusação formal. Essa contaminação havia sido promovida por uma indústria, a partir de um lago de decantação. Hoje, essa substância, assim como alguns de seus “parentes” próximos estão presentes na maioria dos ambientes aquáticos mundo afora. Devido à sua alta estabilidade, essas substâncias apresentam alta persistência ambiental e ausência de vias naturais eficazes de degradação. Além disso, são altamente maléficas à saúde humana e de outros animais, como mostra o filme. Para responder aos itens (a) e (b), considere essas informações e a figura abaixo.

a) Interprete a figura ao lado e indique: (i) objetivo e resultados esperados no processo representado e (ii) método químico utilizado. Além disso, nomeie as substâncias do lado esquerdo da figura. Use a nomenclatura usual, não necessariamente a nomenclatura IUPAC.

b) Estudos mostram que carvão ativo (CA), com ou sem carga, é capaz de adsorver quantidades semelhantes, em meio aquoso e pH 7, das substâncias orgânicas apresentadas à esquerda, na figura acima. Levando em consideração esses fatos e as interações entre essas substâncias e a superfície do CA, complete as figuras no campo de resposta, desenhando a orientação da molécula da substância orgânica em relação à superfície de cada partícula de CA. Escolha uma das substâncias orgânicas de modo a representar corretamente o relatado e nomeie, em cada caso, o tipo de interação química dominante.

Dado: pKa das substâncias orgânicas menor que 4.

Resolução

a) (i) O objetivo do processo representado é a remediação (descontaminação) ambiental de águas subterrâneas contaminados por compostos orgânicos persistentes (como o C8 e seus "parentes").

Os resultados esperados são a mineralização (degradação) completa desses poluentes, ou seja, a quebra total das moléculas orgânicas complexas em substâncias inorgânicas simples e menos tóxicas, conforme mostrado nos produtos da reação: dióxido de carbono (CO₂), sulfato ( $S O_{4}^{2 -}$ ), fluoreto (F^-) e água (H₂O).

(ii) O método é a oxidação eletroquímica (ou eletroremediação/eletrólise). Isso é evidenciado pela presença de eletrodos (ânodo e cátodo) inseridos no solo/água e conectados a uma fonte de energia externa (painel solar), gerando uma corrente elétrica que promove reações redox para degradar os contaminantes.

As substâncias representadas à esquerda possuem cadeias de 8 carbonos totalmente fluoradas. A molécula com o grupo funcional carboxila (-COOH) é o ácido Perfluorooctanóico (conhecido popularmente pela sigla PFOA) ou ácido pentadecafluorooctanóico (IUPAC).

A molécula com o grupo funcional sulfônico ou sulfonato (-SO₃H) é o ácido perfluorooctanossulfônico (conhecido popularmente pela sigla PFOS) ou Ácido heptadecafluorooctano-1-sulfônico - IUPAC

Observação: As substâncias do lado esquerdo podem ser nomeadas usualamente como PFOAS, PFAS, PFOS ou até mesmo POPs.

PFOAS ou PFAS= poluente orgânicos per e polifluoradas

PFOS = ácido perfluorooctanosulfônico

POPs = poluentes orgânicos persistentes

b) O enunciado informa que o pH do meio é 7 e o pKa das substâncias é menor que 4.

Como pKa < pH, as substâncias estarão desprotonadas, ou seja, predominam nas suas formas iônicas (aniônicas), pois, para um ácido genérico HA:

$H A ⇌ H^{+} + A^{-} K a = \frac{[H^{+}] . [A^{-}]}{[H A]}$

Fazendo -log dos lados da expressão de Ka:

$- \log K a = - \log \frac{[H^{+}] . [A^{-}]}{[H A]} \to \underset{p K a}{\underset{⏟}{- \log K a}} = \underset{p H}{\underset{⏟}{- \log [H^{+}]}} - \log \frac{[A^{-}]}{[H A]} p K a = p H - \log \frac{[A^{-}]}{[H A]} S e p K a < p H \to [A^{-}] > [H A]$

Para os ácidos da questão, consideraremos as ionizações:

$R - C O O H + H_{2} O ⇌ R - C O O^{-} + H_{3} O^{+} R - S O_{3} H + H_{2} O ⇌ R - S O_{3}^{-} + H_{3} O^{+}$

Sendo a carbônica fluorada representada por R- e apolar (hidrofóbica).

1. Esfera da esquerda (CA com carga positiva) e adsorção do PFOA como exemplo:

Como a superfície do carvão possui cargas positivas e a "cabeça" da molécula orgânica possui carga negativa (ânion), a molécula deve ser desenhada com a parte polar (cabeça com o grupo funcional iônico) voltada para a superfície da esfera, tocando as cargas positivas. A cadeia carbônica apolar (R-) fica voltada para fora.

Tipo de interação química dominante: atração eletrostática, interação iônica ou interação íon-íon.

2. Esfera da direita (CA neutro) e adsorção do PFOA como exemplo:

O carvão ativado neutro é predominantemente apolar (hidrofóbico). Portanto, a interação ocorrerá pela parte apolar da molécula. A molécula deve ser desenhada com a cadeia carbônica apolar (-R) voltada para a superfície. A parte polar (cabeça iônica) deve ficar voltada para fora.

Tipo de Interação Química: interação (ou forças) de Van der Waals ou Forças de London.