Correção ITA 2027 · MatemáticaAcompanhe a resolução de cada questão da 2ª fase, ao vivoAcompanhar

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 10 (Química) da 2ª fase do ITA 2021

Química · Química: Isomeria plana

Texto-base das questões 01 a 10 · Química

AS QUESTÕES NUMÉRICAS DEVEM SER DESENVOLVIDAS SEQUENCIALMENTE ATÉ O FINAL.

Constantes

Constante de Avogadro (\text{N}_\text{A}) = 6{,}02 \times 10^{23}\ \text{mol}^{-1}
Constante de Faraday (\text{F}) = 9{,}65 \times 10^4\ \text{C}\cdot\text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{A}\cdot\text{s}\cdot\text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{J}\cdot\text{V}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}
Carga elementar = 1{,}60 \times 10^{-19}\ \text{C}
Constante dos gases (\text{R}) = 8{,}21 \times 10^{-2}\ \text{atm}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 8{,}31\ \text{J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 1{,}98\ \text{cal}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}
Constante de Planck (\text{h}) = 6{,}63 \times 10^{-34}\ \text{J}\cdot\text{s}
Velocidade da luz no vácuo = 3{,}0 \times 10^8\ \text{m}\cdot\text{s}^{-1}
Número de Euler (\text{e}) = 2{,}72

Definições

Pressão: 1\ \text{atm} = 760\ \text{mmHg} = 1{,}01325 \times 10^5\ \text{N}\cdot\text{m}^{-2} = 1{,}01325\ \text{bar}
Energia: 1\ \text{J} = 1\ \text{N}\cdot\text{m} = 1\ \text{kg}\cdot\text{m}^2\cdot\text{s}^{-2} = 6{,}24 \times 10^{18}\ \text{eV}
Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0\ ^\circ\text{C} e 1\ \text{atm}
Condições ambientes: 25\ ^\circ\text{C} e 1\ \text{atm}
Condições padrão: 1\ \text{bar}; concentração das soluções = 1\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies); sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.
(s) = sólido. (\ell) = líquido. (g) = gás. (aq) = aquoso. (conc) = concentrado. (ua) = unidades arbitrárias.
u.m.a. = unidade de massa atômica. [\text{X}] = concentração da espécie química \text{X} em \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}
\ln \text{X} = 2{,}3 \log \text{X}
\text{EPH} = eletrodo padrão de hidrogênio

Massas Molares

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}) Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g}\cdot\text{mol}^{-1})
H 1 1,01 Ca 20 40,08
C 6 12,01 Cr 24 52,00
N 7 14,01 Fe 26 55,85
O 8 16,00 Ni 28 58,69
Na 11 22,99 Cu 29 63,55
Mg 12 24,31 Ga 31 69,72
Al 13 26,98 Ag 47 107,87
Cl 17 35,45 Au 79 196,97
S 16 32,06 Pb 82 207,19
K 19 39,10

Considere o composto 2,4-pentanodiona.

a) Escreva, utilizando fórmulas estruturais, a equação química que representa o equilíbrio tautomérico deste composto com a sua forma enólica.

b) Desenhe as estruturas de ressonância da forma enólica do item a).

c) Explique por que a 2,4-pentanodiona é um composto ácido.

Reportar erro na questão
O que está errado?
Sem cadastro: não guardamos quem enviou.
Resolução comentada

a) A 2,4-pentanodiona é a dicetona \ce{CH3-CO-CH2-CO-CH3}. O tautomerismo ceto-enólico é a migração de um hidrogênio do carbono \alpha (o \ce{CH2} central) para o oxigênio de uma carbonila. Com isso, a dupla \ce{C=O} passa a \ce{C=C} e surge um grupo \ce{-OH} (enol).

\ce{CH3-CO-CH2-CO-CH3 <=> CH3-C(OH)=CH-CO-CH3}

A forma ceto é a 2,4-pentanodiona. A forma enólica é a 4-hidroxipent-3-en-2-ona. Essa forma é bastante estável, porque tem a dupla conjugada com a carbonila e uma ligação de hidrogênio intramolecular que fecha um anel de 6 átomos (\ce{O-H\cdots O=C}).

Equilíbrio: \ce{CH3-CO-CH2-CO-CH3 <=> CH3-C(OH)=CH-CO-CH3}.

b) No enol, o par de elétrons do oxigênio do \ce{-OH} está conjugado com a dupla \ce{C=C}, que por sua vez está conjugada com a \ce{C=O}. Os elétrons se deslocam ao longo do sistema \ce{O-C=C-C=O}. Escrevendo só o esqueleto que muda:

\ce{H-O-C(CH3)=CH-C(=O)-CH3} \;\longleftrightarrow\; \ce{H-O^+=C(CH3)-CH^{-}-C(=O)-CH3} \;\longleftrightarrow\; \ce{H-O^+=C(CH3)-CH=C(-O^-)-CH3}
  1. Estrutura neutra: dupla \ce{C=C} e carbonila.
  2. O par do O do \ce{OH} forma \ce{O^+=C} e os elétrons da dupla \ce{C=C} ficam no carbono central, que fica com carga -.
  3. Esse par do carbono central forma nova dupla \ce{C=C} com o carbono da carbonila. Os elétrons da \ce{C=O} vão para o oxigênio, que fica \ce{O^-}.

O híbrido tem a carga negativa parcial distribuída entre o carbono central e o oxigênio da carbonila.

Estruturas: neutra, zwitteriônica com \ce{C^-} central e zwitteriônica com \ce{O^-} (ver acima).

c) Os hidrogênios do \ce{CH2} central estão entre duas carbonilas, que são grupos fortemente retiradores de elétrons. Isso torna esses hidrogênios relativamente ácidos, com \text{p}K_a \approx 9, muito mais ácidos que os de uma cetona simples. O mesmo vale para o \ce{O-H} do enol.

Ao perder \ce{H+}, forma-se o ânion acetilacetonato:

\ce{CH3-CO-CH2-CO-CH3 + B <=> [CH3-CO-CH-CO-CH3]^- + BH+}

Esse ânion é muito estável porque a carga negativa fica deslocada por ressonância sobre o carbono central e sobre os dois oxigênios:

\ce{CH3-CO-\overset{-}{C}H-CO-CH3 <-> CH3-C(O^-)=CH-CO-CH3 <-> CH3-CO-CH=C(O^-)-CH3}

Como a base conjugada é muito estabilizada, o equilíbrio de ionização se desloca para a direita e o composto se comporta como ácido.

A 2,4-pentanodiona é ácida porque o hidrogênio do \ce{CH2} entre as duas carbonilas é liberado como \ce{H+}, formando um ânion (enolato) estabilizado por ressonância.

Assuntos: Isomeria plana, Ligação covalente e estruturas de Lewis.

Reportar erro na resolução
O que está errado?
Sem cadastro: não guardamos quem enviou.
Ver como caiu na prova Questão 10 no caderno Química da 2ª fase do ITA 2021

Fonte: ITA 2ª fase 2021 · Química. Prova oficial ↗