Introdução à isomeria.

Observe as duas imagens abiaxo:

Faz sentido para você eu dizer que a substância no erlenmeyer da esquerda é líquida e que a da direita está evaporando?

É bem provável que uma evapore mais rápido que a outra, principalmente se suas temperaturas de ebulição forem diferentes e se elas estiverem à mesma temperatura.

E se eu lhe disser que as duas substâncias têm a mesma fórmula molecular?

Geometria molecular.

É comum na geometria plana estudarmos os pontos, as retas e as relações entre essas entidades. Na geometria espacial acrescentamos os planos à brincadeira e estudamos as relações entre eles. É claro que fui muito simplista nesta apresentação, pois é isto que faremos ao falar de geometria molecular. Se correta, quanto mais simples for a interpretação para a forma geométrica de uma molécula, mais frequentemente a usaremos.

Eu imagino que passa algo parecido com a imagem acima na cabeça de quem tenta imaginar as formas das moléculas. Mas não precisa ser assim. Existem moléculas com formas unidimensionais, bidimensionais e tridimensionais. Quanto mais dimensões, mais difícil representar e imaginar a estrutura. Antes de apresentar cada caso, lembre-se que, neste tópico, trataremos os átomos como pontos e as ligações covalentes entre eles como retas. Não é o correto diante do que já apresentei em outros momentos, mas é uma boa analogia e ajuda a compreender.

E qual o motivos de usarmos pontos e retas? Para que as moléculas se pareçam com polígonos ou poliedros e possamos classificá-las de acordo com os nomes de tais formas geométricas. Antes de avançarmos, resta apenas um detalhe muito importante neste processo, trataremos com cuidado tanto dos elétrons compartilhados na ligações químicas, quanto dos não compartilhados, chamados, respectivamente, de ligantes e não ligantes.

Esses elétrons se repelem e a consequência de sua repulsão é que ficam o mais distante possível uns dos outros. Influenciando na forma geométrica da molécula. Vamos aos casos:

¬ Estrutura monoatômica: ponto.

Os gases nobres (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn e Og) são exemplos de substâncias constituídas por partículas constituídas de um único átomo. Não há ligação química alguma e suas partículas (átomos) são tratadas apenas como pontos. Outras substâncias aquecidas à temperatura de um plasma (quarto estado da matéria) sofrem a ruptura de suas ligações químicas e seus átomos também ficam isolados. À temperatura ambiente, apenas os gases nobres apresentam tal comportamento.

Ligações químicas: ligações covalentes, parte IV.

Pense na ligação química covalente de forma semelhante à maneira como você vê uma disputa de cabo de guerra entre duas pessoas. Elas exercem forças horizontais de sentidos opostos com a intenção de uma deslocar a outra.

Ligações químicas: a ligação covalente, parte III.

Ao estudarmos as diferentes substâncias constituídas exclusivamente por ligações covalente, não tarda encontrarmos situações nas quais a regra do octeto é "ludibriada" ou até mesmo ignorada. Antes de chegarmos a eles, apresentarei alguns exemplos de estruturas com átomos de três ou mais elementos.

Ácido nitroso (HNO₂):

Termoquímica: entalpia de formação, parte 2.

 Vou te mostrar três equações para uma mesma reação química, será muito bom se você conseguir notar a diferença entre elas. Cuidado ao rolar a página.

Termoquímica: entalpia de formação, parte 1.

É na termoquímica que explicamos e classificamos os fenômenos de acordo com a energia absorvida ou liberada por seus participantes. Também é parte das "obrigações" da termoquímica prever como será a variação de entalpia para uma reação nunca realizada.

"E por que alguém se preocuparia com isto?". Um químico, sem dúvida alguma, se preocupará com isto. Principalmente por questões de segurança. Saber se uma reação libera ou absorve energia e a quantidade envolvida desta nos permite planejar e escolher adequadamente os equipamentos e recipientes para realizar a reação química. Uma reação muito exotérmica pode provocar uma explosão e causar ferimentos. Uma reação muito endotérmica pode condensar muito vapor e prejudicar o acompanhamento do processo.

Termoquímica: equações e gráficos.

De posse da informação de que a entalpia é equivalente à energia trocada sob a forma de calor quando a pressão é mantida constante, podemos atribuir uma determinada quantidade de entalpia a qualquer fenômeno ou processo estudado. Desde que se tenha em mente o fato de que a entalpia medida corresponde a uma variação e não a valores absolutos. Não conseguimos medir a entalpia antes e depois de um fenômeno, apenas a quantidade absorvida ou liberada por ele, por isto chamamos de variação, e representamos por 𝛥H.

Uma equação termoquímica é representada pelas substâncias que dela participam como reagentes ou produtos. Ela deve estar devidamente balanceada e os estados físicos das substâncias envolvidas devem corresponder à temperatura e pressão atribuídos à medida daquele valor de 𝛥H. Chamamos a equação acima de equação de combustão do gás metano à temperatura de 25 °C e 1 atm de pressão. O valor de sua variação de entalpia é de -890,4 kJ para cada mol de metano consumido. Isto significa que a quantidade de energia citada é liberada durante o processo.

Introdução à termoquímica.

Uma vez alguém te disse que a química é a área da ciência na qual estudamos a matéria, suas transformações e as energias envolvidas nessas transformações. Pois então, é chegada a hora de estudarmos as energias envolvidas nos fenômenos químicos e em alguns fenômenos físicos. Por este motivo chamamos este setor da química de termoquímica.

Na imagem acima temos uma granada prestes a explodir. É possível saber a quantidade de energia e os tipos de energia liberados em sua explosão? "Demais da conta", como dizem os mineiros. Da mesma forma podemos proceder em relação ao combustível queimando no interior do motor de um automóvel.

Funções orgânicas sulfuradas: tioéter.

Os tioéteres são compostos que contém um átomo de enxofre a duas cadeias carbônicas. De forma semelhante ao éter, estas cadeias podem ser iguais ou não, aromáticas ou alifáticas.

Um tioéter também é chamado de sulfeto e sua nomenclatura é muito semelhante à do éter. Nela, usamos o termo TIO no lugar de onde se usaria OXI para um éter. Veja os exemplos:

¬ metiltiometano:

Funções orgânicas sulfuradas: tioálcool.

Também chamados de tióis ou mercaptanas, os tioálcoois são a versão sulfurada dos álcoois, ou seja, o álcool após a substituição do oxigênio por um átomo de enxofre.

Não custa observar que, diferente da função álcool, o carbono do grupo funcional sulfidril do tioálcool não tem a obrigação de ser saturado. Isto significa que o átomo de enxofre pode estar ligado diretamente a uma cadeia aromática. A nomenclatura se faz de forma muito semelhante ao álcool, acrescentando sufixo "tiol" ao nome da cadeia. Veja os exemplos:

¬ metanotiol:

Funções orgânicas sulfuradas: ácido sulfônico.

Os ácidos sulfônicos são derivados do ácido sulfúrico e apresentam um átomo de enxofre ligado a um grupo substituinte R e a três átomos de oxigênio. Trata-se de uma situação na qual o átomo de enxofre expande sua regra do octeto.

Os ácidos sulfônicos são também abreviados da seguinte forma:

Funções orgânicas halogenadas: cloreto de ácido.

Os cloretos de ácido são caracterizados por um átomo de cloro ligado a um átomo de carbono que faz ligação dupla com um átomo de oxigênio. Há quem possa interpretar que ele está ligado a uma carbonila ou a uma aldoxila, o importante é saber que se trata de um grupo funcional diferente.

A cadeia representada por R pode ser até mesmo um átomo de hidrogênio. Os cloretos de ácido são produzidos a partir da reação entre um ácido carboxílico genérico (RCOOH) e o ácido clorídrico (HCl).

Funções orgânicas nitrogenadas: isonitrila.

As isonitrilas são caracterizadas por apresentar o grupo funcional isocianeto ligado a uma cadeia carbônica.

Observe que as isonitrilas são de cadeia heterogênea por definição e a cadeia ligada ao grupo funcional pode ser alifática ou aromática. Caso o carbono do grupo funcional tenha despertado a sua curiosidade sobre ligações químicas, lembre da possibilidade de ligação covalente coordenada, como no monóxido de carbono. Veja alguns exemplos:

¬ metilcarbilamina:

Funções orgânicas nitrogenadas: nitrila.

As nitrilas constituem uma categoria de compostos derivados da substituição do hidrogênio do ácido cianídrico (HCN) por uma cadeia carbônica.

Como três das quatro ligações do carbono são dedicadas ao grupo funcional, é de se esperar que ela seja encontrada sempre na extremidade de uma cadeia aberta. Dessa forma, se torna desnecessário numerar a posição do grupo funcional. Note que não existe a metano nitrila, pois ela corresponderá ao ácido cianídrico. Veja alguns exemplos:

¬ etano nitrila:

Também chamada de cianeto de metila ou acetonitrila. É usada como solvente.

¬ propanonitrila:

Também chamada de cianeto de etila. É usada como solvente e produzida a partir da hidrogenação da acrilonitrila.

¬ propenonitrila:

Funções orgânicas diversas: nitrocomposto.

Chamamos de nitrocomposto a substância que apresenta NO₂ ligado a um átomo de carbono qualquer. Seja ele de cadeia aromática ou alifática.

Alguns nitrocompostos conhecidos são usados como explosivos. Sua nomenclatura se faz adicionando a palavra nitro entre o nome da cadeia principal e os ramos. Veja alguns exemplos:

¬ nitrometano:

Também chamado de nitrocarbol, ele é usado como combustível de aeromodelos e de carros de competição.

Funções orgânicas diversas: amida.

As amidas são resultado da reação entre um ácido carboxílico e amônia. Conservando a carbonila ligada ao nitrogênio, com formação de água como subproduto.

As amidas são classificadas quanto à quantidade de carbonilas ligadas ao nitrogênio e quanto à substituição do nitrogênio ligado à carbonila. Vejamos o caso de quantidade de carbonilas ligadas ao nitrogênio:

Funções orgânicas nitrogenadas: amina.

São classificadas como aminas um vasto grupo de compostos contendo átomos de carbono ligados a átomos de nitrogênio. Desde que os átomos de carbono em questão se liguem apenas a outros átomos de carbono ou de hidrogênio e que o átomo de nitrogênio se ligue somente a átomos de carbono ou de hidrogênio também. Se pareceu confuso, veja abaixo o mínimo que precisa ter e acompanhe os exemplos em seguida.

Dessa forma, classificamos as aminas quanto à quantidade de carbonos ligados ao nitrogênio delas: primária para um átomo de carbono, secundária para dois ou terciária para três.

Funções orgânicas oxigenadas: anidrido.

Os anidridos são compostos derivados da reação entre dois grupos carboxilas, veja:

Como é possível observar, a reação ocorre com a perda de uma molécula de água, sendo tratada pela expressão "reação de desidratação". A nomenclatura se dá com a reprodução dos nomes dos ácidos de origem em ordem alfabética, em caso de ambos serem iguais, apenas uma vez o nome é lembrado. Veja os exemplos:

Funções orgânicas oxigenadas: éster.

Os ésteres são resultado a reação entre ácido carboxílico e uma função orgânica de uma das três a seguir: álcool, fenol e enol. Elas têm em comum o grupo hidroxila. Resumimos esta reação da seguinte forma:

reação de esterificação

Note que R₁ é parte da cadeia de origem do ácido carboxílico e R₂ é parte da cadeia de origem do composto hidroxilado, seja ele álcool, fenol ou enol. Esta reação também é conhecida por reação de esterificação. Ésteres são conhecidos por serem largamente utilizados como flavorizantes, ou seja, por conferirem cheiro e sabor artificialmente a diversos produtos, como chicletes.

A nomenclatura do éster é a mais complicada até o momento entre as funções apresentadas. Nela, o sufixo ICO do ácido é substituído por ATO, semelhante aos sais, a parte da cadeia com origem na hidroxila é tratada como um ramo com letra "a" de sufixo. Veja os exemplos:

¬ metanoato de metila:

Ácido metanoico e metanol são, nesta ordem, os nomes dos reagentes. O éster produzido é metanoato de metila, também conhecido por formiato de metila.

Funções orgânicas oxigenadas: sal de ácido carboxílico.

Os sais derivados de ácidos carboxílicos são semelhantes aos sais inorgânicos, por serem compostos iônicos. Veja abaixo:

Note que o exemplo acima foi estabelecido para um ácido monocarboxílico com uma monobase. Caso se tenha mais de um grupo carboxila ou mais de um ânion hidróxido na base, a proporção entre os íons será aplicada. A nomenclatura se dá como em um sal inorgânico: com a substituição do sufixo ICO pelo sufixo ATO na parte vinda do ácido e manutenção do nome do metal em relação à base. As demais regras de nomenclatura de compostos orgânicos se aplicam.

¬ metanoato de sódio:

Lei da gravitação universal.

Até o século XVI as pessoas responsáveis por estudar a natureza tinham entre si o consenso de que os cometas eram fenômenos atmosféricos. Pois elas tinham a ideia de que o céu é imutável, e passagens aleatórias de cometas alterariam esta ideia. Aliás, a palavra cometa vem de "kométes", algo parecido com estrela cabeluda no grego antigo. Os responsáveis ppr se questionar esta ideia de fenômeno meteorológico foram Tycho Brahe e Michael Maestlin, por ocasião da passagem do grande cometa de 1577, um não periódico, ou seja, que passou e não volta mais.

Grande cometa de 12 de novembro de 1577, vista de Praga. Gravura de Jiri Daschitzky.

Relação entre a tabela periódica e a distribuição eletrônica.

A segunda parte sobre distribuição eletrônica (link) foi encerrada com uma pergunta sobre como fazer a engenharia reversa para se descobrir o elemento a partir dos números quânticos do elétron mais energético de seu átomo no estado fundamental. Os números apresentados foram:

n = 5, ℓ = 1, m = +1 e s = -1/2

Lembrando que adoto aqui a convenção de que seta para cima representa spin + 1/2 e seta para baixo o spin -1/2. Sempre preenchendo os orbitais com "setas para cima" (elétrons de spin +1/2) primeiro.

Vamos à engenharia reversa. n = 5 significa que a distribuição eletrônica terminou na quinta camada. ℓ =  1 significa que terminou no subnível "p", m = +1 significa que terminou no terceiro orbital de um total de três, pois a distribuição se dá da esquerda para a direita. E spin -1/2 significa que foi na segunda volta, ou seja, subnível completo.

Distribuições possíveis com ℓ = 1 e mℓ = +1.

Métodos de separação de misturas, parte IV.

Imagino que, se você chegou até aqui, acaba de passar pela terceira parte (link) dos processos de separação de misturas. Sabe então que restam apenas os processos químicos de separação. E são apenas dois.

Adição de óxido de cálcio á mistura azeotrópica de água (4%) e álcool (96%).

Parece estranha a ideia de que não podemos separar esta mistura por destilação fracionada. É importante recordar que esta destilação aumenta o teor do componente mais volátil na mistura, ou seja, aquele que tem menor temperatura de ebulição aumenta de concentração. Se destilarmos um fermentado de caldo de cana para separar o álcool, a mistura acima é o limite.

óxido de cálcio

Métodos de separação de misturas, parte III.

No que diz respeito a processos físicos de separação de misturas, quatro deles são os mais mencionados e lembrados em exercícios de vestibular: filtração, decantação, centrifugação e destilações simples e fracionada. A abordagem sobre tais métodos se encontra na parte I (link).

A porção restante dos métodos será apresentada de acordo com a classificação da mistura quanto à quantidade de fases e seus respectivos estado físico. Os métodos aplicáveis a misturas heterogêneas se encontram na parte II (link)

Misturas Homogêneas:

Fusão fracionada: método empregado quando se deseja separar substâncias com diferentes temperaturas de fusão e que não constituem uma mistura eutética. Exemplos: liga de cobre (1083 °C) e níquel (1453 °C), enxofre e areia.

Ilustração da fundição de metais.

Um forno para fundir metais.

"Forno caseiro".

Funções orgânicas oxigenadas: aldeído.

A função orgânica aldeído é caracterizada por um grupo funcional chamado aldoxila, semelhante à carbonila, mas com carbono necessariamente primário.

Por se tratar de um carbono primário, é de se esperar que o grupo funcional sempre esteja na extremidade da cadeia carbônica. No caso de dois grupos funcionais, estarão na duas extremidades.

Sua nomenclatura ocorre com o acréscimo do sufixo "al" ao nome da cadeia, veja alguns exemplos:

Funções orgânicas oxigenadas: cetona.

A cetona é uma função orgânica caracterizada por um carbono secundário ligado a um átomo de oxigênio por ligação dupla, chamamos este grupo funcional de carbonila.

Note que as ligações químicas dos demais carbonos não foram representadas, isto significa que não importa se são de cadeias alifáticas ou aromática. Por apresentar necessariamente um carbono secundário em seu grupo funcional, a cetona não pode apresentar menos de três carbonos em sua estrutura, veja alguns exemplos:

Funções orgânicas oxigenadas: éter.

É característica do grupo funcional do éter duas cadeias carbônicas distintas ligadas a um átomo de oxigênio.

Note que eu não especifiquei as ligações químicas dos carbonos ligados ao oxigênio. Isto significa que podemos ter tanto cadeias alifáticas, alicíclicas ou aromáticas ligadas ao oxigênio.

Funções orgânicas oxigenadas: enol.

 O enol é uma categoria de função orgânica pouco citada e que causa confusão. Seu grupo funcional é:

Muito semelhante ao álcool, mas com um detalhe que faz toda a diferença. A hidroxila se encontra ligada a um carbono que faz ligação dupla com outro carbono. Note que isto exclui a possibilidade de ser um fenol.

Algo mais que você deve prestar atenção é ao fato de que existe álcool de cadeia insaturada que não é enol, assim como álcool de cadeia aromática que não é fenol. Veja os exemplos abaixo: 

À esquerda temos o but-2-en-1-ol e à direita o but-1-en-1-ol. Observe que a regra de nomenclatura do enol é idêntica à do álcool. Encontramos poucos exemplos pelo fato de se transformar em outras funções orgânicas oxigenadas. mas como elas não foram citadas ainda, deixaremos esta parte em aberto. Atenção apenas ao fato de que não se trata de um álcool.

Funções orgânicas oxigenadas: fenol.

Dando sequência ao estudo das funções orgânicas oxigenadas, apresentarei desta vez o fenol. Uma função que tem certa semelhança com o álcool em seu grupo funcional:

Distribuição eletrônica, parte 2.

 Se neste momento você sabe como distribuir os elétrons dentro de uma eletrosfera para um átomo qualquer no estado fundamental (link), veremos como distribuir os elétrons e determinar os números quânticos atrelados a alguns deles em alguns casos. Não faz sentido aqui representar os orbitais em suas formas originais (link), por isto eles serão representados por quadrados e os elétrons dentro deles por setas para distinguirmos os dois spins possíveis para eles (link). Veja a imagem abaixo:

Distribuição eletrônica, parte 1.

Linus Pauling.

Linus Pauling

Pauling manteve a ideia original de Bohr e acrescentou subníveis aos níveis de energia. havendo subdivisões para as camadas, existem muito mais transições e, consequentemente, linhas no espectro de qualquer elemento. Mas como esta ideia surgiu?

Números quânticos.

Os números quânticos são valores associados a diferentes propriedades do elétron dentro da eletrosfera. Eles nos ajudam a identificar o elétron e distingui-lo dos demais. De uma forma grosseira, existe a analogia com endereço de uma pessoa, que reside em uma casa com número, uma rua ou avenida com nome, um bairro, cidade, CEP, unidade da federação e país. Um determinado conjunto de números nos permite saber uma pessoa mora. Assim são os números quânticos, em total de quatro, nos permitem identificar os elétrons dentro da eletrosfera. Não se esqueça que eles representam soluções da equação de Schrödinger aplicada ao átomo de hidrogênio. Vamos a eles:

n 一 número quântico principal

Diz respeito à camada na qual o elétron se encontra. Tanto no modelo de Bohr quanto na equação de Schrödinger ele aparece da seguinte forma:

Eₙ = -13,6/n²

Onde Eₙ é a energia que um elétron terá em qualquer nível eletrônico dentro da eletrosfera e "n" é o número natural não nulo associado a uma camada. O valor de -13,6 é resultado de contas um tanto complexas para esta etapa, mas, por acaso, é o mesmo encontrado por Bohr. O que é bem curioso, pois Bohr utilizou um modelo híbrido e Schrödinger um modelo puramente quântico.

ℓ 一 número quântico secundário (letra ele minúscula)

Diz respeito ao momento angular (link) correspondente ao elétron de acordo com o orbital onde ele se encontra. Lembre que podemos calcular o momento angular para uma partícula descrevendo movimento circular. O momento angular é uma grandeza vetorial perpendicular ao plano do movimento circular. Caso não se recorde, grandezas vetoriais são aquelas que possuem módulo, direção e sentido.

Bohr até propôs uma quantização para ele, mas não era correta, por se basear em um modelo parte clássico e parte quântico. Se você viu a postagem sobre o modelo do orbital (link), teve a oportunidade de notar os planos nodais de separação entre os lóbulos nos orbitais "p", "d" e "f", com ausência deles nos orbitais "s". Eles são consequência das soluções da Equação de Schrödinger para valores de "l" naturais menores que n. Fisicamente, pode ser melhor compreendido pela imagem abaixo:

Planos nodais dos orbitais "p", "d" e "f", em ordem crescente. O orbital "s" não possui.