Questão 14 Unicamp 2023 - 1ª fase - Elite Colégio e Pré-Vestibular

Questão 14

Quantidades em Química Relação Mol- Mol

Texto 1

A Química Verde é uma área multidisciplinar que cria, desenvolve e aplica produtos e processos químicos que visam à redução ou eliminação do uso e da geração de substâncias nocivas ao meio ambiente e ao homem. Em 2019, para reunir várias ações relativas à Química Verde, os pesquisadores Paul T. Anastas e Julie B. Zimmerman propuseram a Tabela Periódica dos Elementos Figurativos da Química Verde e Sustentável – TPQVS (figura abaixo). Assim como na Tabela Periódica dos Elementos Químicos, a TPQVS apresenta “elementos”, os quais, porém, representam ações associadas aos preceitos da Química Verde, sendo que cada grupo (G) da TPQVS reúne ações com os mesmos preceitos.

Texto 2

“A Química é pura beleza;

Os átomos e as moléculas são a realeza,

reagindo no compasso da natureza

para transformar o mundo com delicadeza.

Sou um simples menestrel da ciência

que defende suas ideias com veemência.

Como Químico, quero atuar com sapiência,

desenvolvendo processos de alta eficiência.

A Química não é mais poluição;

para o fóssil ela tem a substituição;

renovando o verde como solução.

Vivemos num tempo de ambiguidade,

onde a terra, a água e o ar estão em vulnerabilidade.

Façamos da Química o caminho para a sustentabilidade”

(MOTA, Claudio J. A. Conferência de Abertura da 45ª. Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química, 2022.)

Um dos princípios da Química Verde, ilustrado por um dos grupos na TPQVS (texto I), é a economia atômica, dada pela razão da massa do produto de interesse pela massa total dos reagentes, sendo que quanto mais próximo de 1 é seu valor, maior é a economia atômica. Considerando as reações de produção dos dois principais biocombustíveis utilizados no contexto brasileiro,

Síntese do biodiesel:

$C_{57} H_{104} O_{6} + 3 C_{2} H_{5} O H \to 3 C_{20} H_{38} O_{2} + C_{3} H_{8} O_{3}$

Síntese do etanol:

$C_{12} H_{22} O_{11} + H_{2} O \to 4 C_{2} H_{5} O H + 4 C O_{2}$

Dados de Massa Molar (g/mol):

$C_{57} H_{104} O_{6} = 884$ ; $C_{2} H_{5} O H = 46$ ; $C_{20} H_{38} O_{2} = 310$ ; $C_{3} H_{8} O_{3} = 92$ ; $C_{12} H_{22} O_{11} = 342$ ; $H_{2} O = 18$ ; $C O_{2} = 44$

pode-se afirmar que há uma maior economia de átomos e

a)	maior geração de subprodutos (mol de subprodutos/ mol de substrato) na síntese do etanol.
b)	menor geração de subprodutos (mol de subprodutos/ mol de substrato) na síntese do etanol.
c)	maior geração de subprodutos (mol de subprodutos/ mol de substrato) na síntese do biodiesel.
d)	menor geração de subprodutos (mol de subprodutos/ mol de substrato) na síntese do biodiesel.

Resolução

Cálculo da economia atômica (EA) da produção de biodiesel ( $C_{20} H_{38} O_{2}$ ) e da produção de etanol( $C_{2} H_{5} O H$ ):

$E A = \frac{m a s s a_{p r o d u t o d e i n t e r e s s e}}{m a s s a_{r e a g e n t e s}}$

Biodiesel

$E A = \frac{m a s s a_{b i o d i e s e l}}{m_{r e a g e n t e s}} \to E A = \frac{(3 x 310)}{(884 + 3 x 46)} \to E A \approx 0, 91$

Etanol

$E A \frac{m a s s a_{e t a n o l}}{m a s s a_{r e a g e n t e s}} \to E A = \frac{(4 x 46)}{(342 + 18)} \to E A \approx 0, 51$

Portanto, há maior economia atômica na produção de biodiesel.

A relação (R), em mol, entre o subproduto e o substrato pode ser calculada como:

$R = \frac{n_{s u b p r o d u t o}}{n_{s u b s t r a t o}}$

Na síntese de biodiesel ( $C_{20} H_{38} O_{2}$ ), temos a seguinte reação, em que o subproduto é o $C_{3} H_{8} O_{3}$ e o substrato $C_{57} H_{104} O_{6}$ :

$C_{57} H_{104} O_{6} + 3 C_{2} H_{5} O H \to 3 C_{20} H_{38} O_{2} + C_{3} H_{8} O_{3}$

Calculando R:

$R = \frac{1 m o l}{1 m o l} \to R = 1$

Na síntese de etanol ( $C_{2} H_{5} O H$ ), temos a seguinte reação, em que o subproduto é o $C O_{2}$ e o substrato é $C_{12} H_{22} O_{11}$ :

$C_{12} H_{22} O_{11} + H_{2} O \to 4 C_{2} H_{5} O H + 4 C O_{2}$

Calculando R:

$R = \frac{4 m o l s}{1 m o l} \to R = 4$

Portanto, a menor relação entre o subproduto e o substrato é obtida a partir do biodiesel.