Questão 22 (3º dia) da 2ª fase da UNICAMP 2012
A questão ambiental relativa ao destino de plásticos utilizados é bastante antiga e algumas propostas têm sido feitas para contornar esse problema. A mais simples é a queima desses resíduos para aproveitamento da energia, e outra é o seu reuso após algum tratamento químico. Para responder aos itens a e b, considere a estrutura abaixo como um fragmento (\text{C}_{10}\text{H}_8\text{O}_4) representativo do PET.
a) Levando em conta a equação de combustão completa do fragmento do PET, calcule a energia liberada na queima de uma garrafa PET de massa igual a 48 gramas.
b) No tratamento químico da embalagem PET com solução de hidróxido de sódio ocorre uma reação de hidrólise que remove uma camada superficial do polímero, e que permite a reutilização da embalagem. Com base nessas informações complete a equação química de hidrólise do fragmento de PET, no espaço de respostas.
Dados de entalpia de formação em \text{kJ}\ \text{mol}^{-1}: fragmento = -476; \text{CO}_2 = -394; \text{H}_2\text{O} = -286.
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Resolução comentada
Resolução comentada
a) A combustão completa do fragmento \ce{C10H8O4} é:
O balanço de oxigênio mostra isso: do lado dos produtos há 20 + 4 = 24 átomos de O. O fragmento fornece 4, então faltam 20 átomos, ou seja, 10\ \ce{O2}.
A variação de entalpia é \Delta H = \sum \Delta H_f\text{(produtos)} - \sum \Delta H_f\text{(reagentes)}. O \ce{O2} é substância simples e tem \Delta H_f = 0.
- Produtos: 10(-394) + 4(-286) = -3940 - 1144 = -5084\ \text{kJ}
- Reagentes: -476\ \text{kJ}
- \Delta H = -5084 - (-476) = -4608\ \text{kJ/mol} de fragmento
Massa molar do fragmento: C_{10}H_8O_4 = 120 + 8 + 64 = 192\ \text{g/mol}.
Na garrafa de 48 g há 48/192 = 0{,}25\ \text{mol} de fragmento.
Energia liberada: 0{,}25 \times 4608 = 1152\ \text{kJ}.
Energia liberada ≈ 1152 kJ (ΔH = −1152 kJ para a garrafa).
b) A figura não foi fornecida, mas o fragmento \ce{C10H8O4} do PET é a unidade repetitiva, com um grupo éster: \ce{-OC-C6H4-CO-O-CH2CH2-O-}. Os átomos somam C: 2 + 6 + 2 = 10; H: 4 + 4 = 8; O: 4. O fragmento fecha com essa fórmula.
Na hidrólise básica (saponificação), cada ligação éster é quebrada pelo \ce{NaOH}. O grupo ácido vira sal de sódio (carboxilato) e o grupo do álcool vira álcool. Como o fragmento tem 2 grupos éster, consomem-se 2 \ce{NaOH}:
Os produtos são o tereftalato de sódio (\ce{C8H4O4Na2}) e o etilenoglicol (1,2-etanodiol, \ce{C2H6O2}).
Conferindo o balanço: no lado esquerdo há C 10, H 8+2=10, O 4+2=6, Na 2. No lado direito há C 8+2=10, H 4+6=10, O 4+2=6, Na 2. Está balanceado.
Fragmento + 2 NaOH → tereftalato de sódio + etilenoglicol.
Assuntos: termoquímica, entalpia de formação, hidrólise de ésteres.
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