Constantino - Química Orgânica vol. 3

Constantino - Química Orgânica vol. 3

(Parte 5 de 10)

Sendo essas operações já bem familiares, você não terá dificuldade de generalizar a maneira de calcular a porcentagem de cada elemento da forma descrita a seguir:

molecularmassa 100atômicamassaátomosdenmporcentage ××°= .

1. Análise Orgânica 1.1. Análise Elementar

O problema que nos foi apresentado consiste em determinar o número de átomos de um elemento quando conhecemos a porcentagem (e, naturalmente, a massa atômica do elemento). Considerando isto, escrevemos a expressão acima em outra forma:

100atômicamassa molecularmassamporcentageátomosden ×=° .

Nesta expressão você pode ver claramente por qual razão é necessário conhecer a massa molecular para determinar a fórmula da substância.

Como a massa molecular é a mesma para qualquer dos elementos (de uma mesma fórmula), podemos ainda dizer que:

atômicamassa mporcentageCONSTANTEátomosden ×=° .

Assim você percebe que, se dividirmos as porcentagens de cada elemento pela correspondente massa atômica, obtemos números que são proporcionais aos números de átomos de cada elemento na fórmula (molecular ou mínima): dividindo os resultados uns pelos outros (é mais fácil dividir todos pelo menor deles), a constante da fórmula acima é cancelada, e os resultados tendem a ser números inteiros ou frações relativamente simples.

Um exemplo pode ajudar a clarear isto bem mais: qual é a fórmula mínima de uma substância cuja análise elementar mostrou a seguinte composição percentual: C 50,0 %; H 5,59 %; O 4,41 %?

Dividindo as porcentagens pela massa atômica do elemento correspondente, teremos:

Dividindo cada um desses números pelo menor deles: Com 3 algarismos significativos

Problema 1.1.14. Deduza a fórmula mínima para um composto com a seguinte composição percentual: C 54,53 %; H 9,15 %; O 36,32 %.

Os exemplos do texto e do problema anterior deram resultados muito redondos porque foram utilizados valores de porcentagem calculados, muito exatos. Quando lidamos com dados experimentais (nem sempre muito precisos), os erros

1. Análise Orgânica 1.1. Análise Elementar introduzidos dificultam um pouco as operações, mas mesmo assim é possível obter bons resultados em muitos casos. Como exemplo, vamos examinar o caso do problema 1.1.10, composto A, cujos valores experimentais são C 72,04 %; H 8,35 %. Naturalmente a porcentagem de oxigênio é 100 – 72,04 – 8,35 = 19,68 %.

Fórmula mínima: (C5H7O)n.

De fato, a fórmula molecular do composto A é C10H14O2, que corresponde à fórmula mínima com n = 2.

Como você percebe, ao utilizar resultados experimentais comuns de porcentagem, os números do cálculo das fórmulas mínimas não saem tão redondos, mas ainda permitem conclusões úteis na maioria dos casos.

Problema 1.1.15. Faça o mesmo (calcular a fórmula mínima) para os compostos B e C do problema 1.1.10, utilizando os dados experimentais (para B: C 72,03 %; H 8,73 %. Para C: C 81,02 %; H 8,28 %).

Você precisa ter consciência de que essas imprecisões podem nos enganar com relativa facilidade. Se os números obtidos nessas divisões não estão muito próximos de valores inteiros, a diferença tanto pode ser devida a imprecisões da determinação experimental como pode ser conseqüência da necessidade de multiplicar todos os valores por certos números inteiros, assim resultando nos valores redondos que verdadeiramente correspondem à fórmula mínima. Considere o exemplo a seguir, onde vamos admitir que as porcentagens foram determinadas com precisão suficiente para que os números inteiros da fórmula mínima tenham que estar corretos até a primeira casa decimal, pelo menos.

Composição percentual: C 84,41 %; H 15,59 %. Qual é a fórmula mínima? Como a soma é exatamente 100 %, concluímos que é um hidrocarboneto.

Observe que, se adotássemos a mesma tolerância que tivemos no problema anterior, concluiríamos que nossa fórmula mínima é (CH2)n. Mas, como admitimos que a precisão da medida foi suficientemente alta para que os números inteiros estivessem corretos até a primeira casa decimal, o valor 2,20 é inadmissível, e precisamos multiplicar esses números por números inteiros até achar um resultado correto.

Na tabela 1.1.1 você vê que, claramente, multiplicando os valores por 5 encontramos os resultados mais próximos de números inteiros, e nossa fórmula mínima

1. Análise Orgânica 1.1. Análise Elementar

Tabela 1.1.1. Procurando números inteiros

× 1 × 2 × 3 × 4 × 5 × 6 × 7 × 8

C 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 H 2,20 4,40 6,60 8,80 1,0 13,20 15,40 17,60

Para que você possa avaliar melhor a necessidade de alta precisão para determinar fórmulas mínimas, a tabela 1.1.2 a seguir apresenta a porcentagem de carbono para hidrocarbonetos C1 a C20, alcanos, alcenos e alcinos. Note que não foram incluídos alcadienos, alcadi-inos, etc., que complicariam ainda mais a situação.

Tabela 1.1.2. Porcentagem de carbono em vários hidrocarbonetos

Carbonos Alcanos Alcenos Alcinos

C1 74,87 C2 79,89 85,63 92,26 C3 81,71 85,63 89,94 C4 82,6 85,63 8,82 C5 83,24 85,63 8,16

C6 83,63 85,63 87,73 C7 83,91 85,63 87,42 C8 84,12 85,63 87,19 C9 84,28 85,63 87,02 C10 84,41 85,63 86,8

C11 84,52 85,63 86,76 C12 84,61 85,63 86,67 C13 84,69 85,63 86,59 C14 84,76 85,63 86,52 C15 84,82 85,63 86,46

C16 84,87 85,63 86,40 C17 84,91 85,63 86,36 C18 84,95 85,63 86,32 C19 84,9 85,63 86,28 C20 85,02 85,63 86,25

Considerando o erro admissível das análises elementares de ± 0,4 unidades de porcentagem, até quantos carbonos podemos distinguir um alcano de seus vizinhos? É evidente, pela tabela, que a distinção fica cada vez mais difícil conforme se aumenta o número de carbonos. Mas, se tomarmos ao pé da letra o erro de ± 0,4, vemos que a diferença teria que ser menor do que 0,8, o que só ocorre até C4 (observe a tabela 1.1.3, que inclui as diferenças entre casos consecutivos).

1. Análise Orgânica 1.1. Análise Elementar

Tabela 1.1.3. Diferenças entre porcentagens

Carbonos Alcanos Alcinos % Dif % Dif

C1 74,87
> 5,02
C2 79,8992,26

> 1,83 > 2,32

C3 81,7189,94

> 0,94 > 1,12

C4 82,68,82

> 0,58 > 0,6

C5 83,248,16

> 0,39 > 0,43

C6 83,6387,73

> 0,28 > 0,31

C7 83,9187,42

> 0,21 > 0,23

C8 84,1287,19

> 0,17 > 0,18

C9 84,2887,02

> 0,13 > 0,14

C10 84,4186,8

Entre alcenos, evidentemente, não há diferença alguma, pois os alcenos todos têm a mesma fórmula mínima (CH2)n. O gráfico da figura 1.1.4 foi feito com os dados da tabela 1.1.2, para ajudá- lo a visualizar melhor esses valores.

% d e c a r b o n o

Número de Carbonos

Alcinos Alcenos Alcanos

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