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Química orgânica

Química do IGCSE · Topic 11 · ⁨Tópico 11⁩

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16:50

Química Orgânica

Gasolina, garrafas plásticas, vinagre, álcool e as proteínas do seu corpo. Parecem completamente unrelatedes. Mas todas elas são construídas a partir do carbono. O carbono é…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨Narração em inglês · Legendas em inglês + 中文 gravadas⁩

English

Organic chemistry is the chemistry of carbon compounds. Carbon is special because it can join to other carbon atoms to make long chains and rings.

Português

A química orgânica é a química dos compostos de carbono. O carbono é especial porque pode se ligar a outros átomos de carbono para formar longas cadeias e anéis.

11.1

Formulae and key words · ⁨Fórmulas e palavras-chave⁩

Syllabus · ⁨Programa⁩
English
Core Supplement
1 Draw and interpret the displayed formula of a molecule to show all the atoms and all the bonds
2 Write and interpret general formulae of compounds in the same homologous series, limited to: (a) alkanes, $\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$ (b) alkenes, $\text{C}_n\text{H}_{2n}$ (c) alcohols, $\text{C}_n\text{H}_{2n+1}\text{OH}$ (d) carboxylic acids, $\text{C}_n\text{H}_{2n+1}\text{COOH}$
3 Identify a functional group as an atom or group of atoms that determine the chemical properties of a homologous series
7 State that a structural formula is an unambiguous description of the way the atoms in a molecule are arranged, including $\text{CH}_2=\text{CH}_2$, $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$, $\text{CH}_3\text{COOCH}_3$
8 Define structural isomers as compounds with the same molecular formula, but different structural formulae, including $\text{C}_4\text{H}_{10}$ as $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_3$ and $\text{CH}_3\text{CH}(\text{CH}_3)\text{CH}_3$ and $\text{C}_4\text{H}_8$ as $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}=\text{CH}_2$ and $\text{CH}_3\text{CH}=\text{CHCH}_3$
4 State that a homologous series is a family of similar compounds with similar chemical properties due to the presence of the same functional group 9 Describe the general characteristics of a homologous series as: (a) having the same functional group (b) having the same general formula (c) differing from one member to the next by a –CH2– unit (d) displaying a trend in physical properties (e) sharing similar chemical properties
5 State that a saturated compound has molecules in which all carbon–carbon bonds are single bonds
6 State that an unsaturated compound has molecules in which one or more carbon–carbon bonds are not single bonds
Português
Central Suplementar
1 Desenhe e interprete a fórmula desenvolvida de uma molécula para mostrar todos os átomos e todas as ligações
2 Escreva e interprete fórmulas gerais de compostos na mesma série homóloga, limitado a: (a) alcanos, $\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$ (b) alcenos, $\text{C}_n\text{H}_{2n}$ (c) álcoois, $\text{C}_n\text{H}_{2n+1}\text{OH}$ (d) ácidos carboxílicos, $\text{C}_n\text{H}_{2n+1}\text{COOH}$
3 Identifique um grupo funcional como um átomo ou grupo de átomos que determinam as propriedades químicas de uma série homóloga
7 Afirme que uma fórmula estrutural é uma descrição inequívoca da maneira como os átomos em uma molécula estão dispostos, incluindo $\text{CH}_2=\text{CH}_2$, $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$, $\text{CH}_3\text{COOCH}_3$
8 Defina isômeros estruturais como compostos com a mesma fórmula molecular, mas diferentes fórmulas estruturais, incluindo $\text{C}_4\text{H}_{10}$ como $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_3$ e $\text{CH}_3\text{CH}(\text{CH}_3)\text{CH}_3$ e $\text{C}_4\text{H}_8$ como $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}=\text{CH}_2$ e $\text{CH}_3\text{CH}=\text{CHCH}_3$
4 Afirme que uma série homóloga é uma família de compostos semelhantes com propriedades químicas semelhantes devido à presença do mesmo grupo funcional 9 Descreva as características gerais de uma série homóloga como: (a) ter o mesmo grupo funcional (b) ter a mesma fórmula geral (c) diferir de um membro para o próximo por uma unidade –CH2– (d) apresentar uma tendência nas propriedades físicas (e) compartilhar propriedades químicas semelhantes
5 Afirme que um composto saturado tem moléculas em que todas as ligações carbono-carbono são ligações simples
6 Afirme que um composto insaturado tem moléculas em que uma ou mais ligações carbono-carbono não são ligações simples

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Fonte: Programa Cambridge International⁩

English

There are several ways to write an organic molecule:

  • The molecular formula 分子式 shows how many of each atom there are, for example $\text{C}_2\text{H}_6$.
  • The displayed formula 结构式 shows every atom and every bond drawn out in full.
  • The structural formula 结构简式 shows how the atoms are arranged without drawing every bond, for example $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$.
  • The general formula 通式 works for a whole family, for example $\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$ for alkanes.

A homologous series 同系物 is a family of compounds with the same functional group 官能团 — the atom or group of atoms that gives the family its chemical properties. Members of a series have the same general formula, differ by a $\text{CH}_2$ unit each step, and have similar chemical properties with a gradual change in physical properties.

Series Functional group General formula
alkanes C–C single bonds only $\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$
alkenes C=C double bond $\text{C}_n\text{H}_{2n}$
alcohols –OH $\text{C}_n\text{H}_{2n+1}\text{OH}$
carboxylic acids –COOH $\text{C}_n\text{H}_{2n+1}\text{COOH}$

A saturated 饱和 compound has only single carbon–carbon bonds. An unsaturated 不饱和 compound has one or more carbon–carbon bonds that are not single (such as a C=C double bond).

Structural isomers 同分异构体 are compounds with the same molecular formula but different structural formulae. For example, $\text{C}_4\text{H}_{10}$ can be a straight chain or a branched chain.

Português

Existem várias maneiras de escrever uma molécula orgânica:

  • A fórmula molecular 分子式 mostra quantos de cada átomo existem, por exemplo $\text{C}_2\text{H}_6$.
  • A fórmula estrutural expandida 结构式 mostra cada átomo e cada ligação desenhados completamente.
  • A fórmula estrutural simplificada 结构简式 mostra como os átomos estão organizados sem desenhar todas as ligações, por exemplo $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$.
  • A fórmula geral 通式 funciona para toda uma família, por exemplo $\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$ para alcanos.

Uma série homóloga 同系物 é uma família de compostos com o mesmo grupo funcional 官能团 — o átomo ou grupo de átomos que confere às famílias suas propriedades químicas. Membros de uma série têm a mesma fórmula geral, diferem por uma unidade de $\text{CH}_2$ a cada passo e possuem propriedades químicas semelhantes com uma mudança gradual nas propriedades físicas.

Série Grupo funcional Fórmula geral
alcanos Apenas ligações simples C–C $\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$
alcenos Ligação dupla C=C $\text{C}_n\text{H}_{2n}$
álcoois –OH $\text{C}_n\text{H}_{2n+1}\text{OH}$
ácidos carboxílicos –COOH $\text{C}_n\text{H}_{2n+1}\text{COOH}$
Fórmulas estruturais do metano, etano e propano, cada um com uma unidade CH2 a mais que o anterior
Os alcanos são uma série homóloga: cada membro tem uma unidade de $\text{CH}_2$ a mais (fórmula geral $\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$)

Um composto saturado 饱和 tem apenas ligações simples carbono-carbono. Um composto insaturado 不饱和 tem uma ou mais ligações carbono-carbono que não são simples (como uma ligação dupla C=C).

Etano com uma ligação simples entre carbonos ao lado de eteno com uma ligação dupla entre carbonos
Um composto saturado tem apenas ligações simples C–C; um insaturado tem uma ligação dupla C=C

Isômeros estruturais 同分异构体 são compostos com a mesma fórmula molecular, mas diferentes fórmulas estruturais. Por exemplo, $\text{C}_4\text{H}_{10}$ pode ser uma cadeia reta ou uma cadeia ramificada.

Butano desenhado como uma cadeia reta de quatro carbonos ao lado de 2-metilpropano desenhado como uma estrutura ramificada
Isômeros estruturais: butano e 2-metilpropano compartilham a fórmula $\text{C}_4\text{H}_{10}$, mas têm estruturas diferentes
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Laboratório de grupo funcional

Classifique moléculas orgânicas pelo grupo que controla suas reações.

Vocabulary · ⁨Vocabulário⁩ Train · ⁨Treinar⁩
English · ⁨Inglês⁩ Chinese · ⁨Chinês⁩ Pinyin
molecular formula/məˈlekjʊlə ˈfɔːmjʊlə/ 分子式 fēn zǐ shì
displayed formula/dɪˈspleɪd ˈfɔːmjʊlə/ 结构式 jié gòu shì
structural formula/ˈstrʌktʃərəl ˈfɔːmjʊlə/ 结构简式 jié gòu jiǎn shì
general formula/ˈdʒenərəl ˈfɔːmjʊlə/ 通式 tōng shì
homologous series/həˈmɒləɡəs ˈsɪəriːz/ 同系物 tóng xì wù
functional group/ˈfʌŋkʃənl ɡruːp/ 官能团 guān néng tuán
saturated/ˈsætʃəreɪtɪd/ 饱和 bǎo hé
unsaturated/ʌnˈsætʃəreɪtɪd/ 不饱和 bù bǎo hé
Structural isomers/ˈstrʌktʃərəl ˈaɪsəməz/ 同分异构体 tóng fēn yì gòu tǐ
fossil fuels/ˈfɒsl ˈfjuːəlz/ 化石燃料 huà shí rán liào
coal/kəʊl/ 煤 méi
natural gas/ˈnætʃərəl ɡæs/ 天然气 tiān rán qì
petroleum/pəˈtrəʊliːəm/ 石油 shí yóu
Methane/ˈmiːθeɪn/ 甲烷 jiǎ wán
hydrocarbon/ˈhaɪdrəkɑːbən/ 碳氢化合物 tàn qīng huà hé wù
fractions/ˈfrækʃnz/ 馏分 liú fèn
11.2

Naming organic compounds · ⁨Nomenclatura de compostos orgânicos⁩

Syllabus · ⁨Programa⁩
English
Core Supplement
1 Name and draw the displayed formulae of: (a) methane and ethane (b) ethene (c) ethanol (d) ethanoic acid (e) the products of the reactions stated in sections 11.4–11.7 3 Name and draw the structural and displayed formulae of unbranched: (a) alkanes (b) alkenes, including but-1-ene and but-2-ene (c) alcohols, including propan-1-ol, propan-2-ol, butan-1-ol and butan-2-ol (d) carboxylic acids containing up to four carbon atoms per molecule
2 State the type of compound present, given a chemical name ending in -ane, -ene, -ol, or -oic acid or from a molecular formula or displayed formula 4 Name and draw the displayed formulae of the unbranched esters which can be made from unbranched alcohols and carboxylic acids, each containing up to four carbon atoms
Português
Central Suplementar
1 Nomeie e desenhe as fórmulas desenvolvidas de: (a) metano e etano (b) eteno (c) etanol (d) ácido etanóico (e) os produtos das reações declaradas nas seções 11.4–11.7 3 Nomeie e desenhe as fórmulas estruturais e desenvolvidas de não ramificados: (a) alcanos (b) alcenos, incluindo but-1-eno e but-2-eno (c) álcoois, incluindo propan-1-ol, propan-2-ol, butan-1-ol e butan-2-ol (d) ácidos carboxílicos contendo até quatro átomos de carbono por molécula
2 Afirme o tipo de composto presente, dado um nome químico terminado em -ane, -ene, -ol, ou -oic acid ou a partir de uma fórmula molecular ou fórmula desenvolvida 4 Nomeie e desenhe as fórmulas desenvolvidas dos ésteres não ramificados que podem ser feitos a partir de álcoois e ácidos carboxílicos não ramificados, cada um contendo até quatro átomos de carbono

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Fonte: Programa Cambridge International⁩

English

The end of the name tells you the family:

Ending Family Example
-ane alkane methane, ethane
-ene alkene ethene
-ol alcohol ethanol
-oic acid carboxylic acid ethanoic acid

The start of the name tells you the number of carbon atoms: meth- = 1, eth- = 2, prop- = 3, but- = 4. For longer alkenes and alcohols, a number shows where the functional group is, for example but-1-ene and but-2-ene, or propan-1-ol and propan-2-ol.

Português

O final do nome indica a família:

Sufixo Família Exemplo
-ane alcano metano, etano
-ene alceno eteno
-ol álcool etanol
-oic acid ácido carboxílico ácido etanoico

O início do nome indica o número de átomos de carbono: meth- = 1, eth- = 2, prop- = 3, but- = 4. Para alcenos e álcoois mais longos, um número mostra onde o grupo funcional está, por exemplo but-1-eno e but-2-eno, ou propan-1-ol e propan-2-ol.

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Rota de nomenclatura orgânica

Siga a rota da estrutura para o nome sistemático.

11.3

Fuels · ⁨Combustíveis⁩

Syllabus · ⁨Programa⁩
English
Core Supplement
1 Name the fossil fuels: coal, natural gas and petroleum
2 Name methane as the main constituent of natural gas
3 State that hydrocarbons are compounds that contain hydrogen and carbon only
4 State that petroleum is a mixture of hydrocarbons
5 Describe the separation of petroleum into useful fractions by fractional distillation
6 Describe how the properties of fractions obtained from petroleum change from the bottom to the top of the fractionating column, limited to: (a) decreasing chain length (b) higher volatility (c) lower boiling points (d) lower viscosity
7 Name the uses of the fractions as: (a) refinery gas fraction for gas used in heating and cooking (b) gasoline/petrol fraction for fuel used in cars (c) naphtha fraction as a chemical feedstock (d) kerosene/paraffin fraction for jet fuel (e) diesel oil/gas oil fraction for fuel used in diesel engines (f) fuel oil fraction for fuel used in ships and home heating systems (g) lubricating oil fraction for lubricants, waxes and polishes (h) bitumen fraction for making roads
Português
Central Suplementar
1 Nomeie os combustíveis fósseis: carvão, gás natural e petróleo
2 Nomeie o metano como o constituinte principal do gás natural
3 Afirme que hidrocarbonetos são compostos que contêm apenas hidrogênio e carbono
4 Afirme que o petróleo é uma mistura de hidrocarbonetos
5 Descreva a separação do petróleo em frações úteis pela destilação fracionada
6 Descreva como as propriedades das frações obtidas do petróleo mudam da base para o topo da coluna de fracionamento, limitado a: (a) comprimento de cadeia decrescente (b) maior volatilidade (c) pontos de ebulição mais baixos (d) menor viscosidade
7 Nomeie os usos das frações como: (a) fração de gás de refino para gás usado no aquecimento e cozimento (b) fração de gasolina/petrol para combustível usado em carros (c) fração de nafta como matéria-prima química (d) fração de querosene/paraffin para combustível de aviação (e) fração de óleo diesel/gas oil para combustível usado em motores a diesel (f) fração de óleo combustível para combustível usado em navios e sistemas de aquecimento doméstico (g) fração de óleo lubrificante para lubrificantes, ceras e polishes (h) fração de betume para construção de estradas

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Fonte: Programa Cambridge International⁩

English
Fractional distillation of crude oil

The three fossil fuels 化石燃料 are coal 煤, natural gas 天然气 and petroleum 石油 (crude oil). Methane 甲烷 is the main part of natural gas.

A hydrocarbon 碳氢化合物 is a compound made of hydrogen and carbon only. Petroleum is a mixture of many different hydrocarbons.

Fractional distillation

Petroleum is separated into useful fractions 馏分 by fractional distillation 分馏. The mixture is heated, and the different hydrocarbons turn to gas and rise up a tall fractionating column 分馏塔. The column is hot at the bottom and cool at the top, so each fraction turns back to liquid at a different height.

Going from the bottom to the top of the column, the fractions have:

  • shorter chain length 链长 (smaller molecules);
  • higher volatility 挥发性 (they turn to gas more easily);
  • lower boiling points;
  • lower viscosity 黏度 (they flow more easily).
Fraction Use
refinery gas gas for heating and cooking
gasoline / petrol fuel for cars
naphtha raw material for making chemicals
kerosene / paraffin jet fuel
diesel oil fuel for diesel engines
fuel oil fuel for ships and home heating
lubricating oil lubricants, waxes and polishes
bitumen 沥青 making roads
Português
Destilação fracionada do petróleo bruto
Uma refinaria de petróleo ao anoitecer
Uma refinaria de petróleo separa o petróleo bruto em combustíveis úteis por destilação fracionada.

Os três combustíveis fósseis 化石燃料 são carvão 煤, gás natural 天然气 e petróleo 石油 (petróleo bruto). Metano 甲烷 é a principal parte do gás natural.

Um hidrocarboneto 碳氢化合物 é um composto feito apenas de hidrogênio e carbono. O petróleo é uma mistura de muitos hidrocarbonetos diferentes.

Destilação fracionada

O petróleo é separado em frações 馏分 úteis por destilação fracionada 分馏. A mistura é aquecida, e os diferentes hidrocarbonetos viram gás e sobem por uma alta coluna de fracionamento 分馏塔. A coluna é quente na parte inferior e fria na parte superior, então cada fração volta a ser líquido em uma altura diferente.

Uma coluna de destilação com frações sendo extraídas em diferentes alturas, mais quente na base e mais fria no topo
As frações se separam pelo ponto de ebulição: moléculas pequenas saem pelo topo frio, betume espesso permanece na base quente

Da base para o topo da coluna, as frações têm:

  • comprimento de cadeia 链长 menor (moléculas menores);
  • maior volatilidade 挥发性 (virem a gás mais facilmente);
  • pontos de ebulição mais baixos;
  • menor viscosidade 黏度 (fluem mais facilmente).
Fração Uso
gás de refinaria gás para aquecimento e cozimento
gasolina / petrol combustível para carros
nafta matéria-prima para produção de produtos químicos
querosene / parafina combustível para jatos
óleo diesel combustível para motores diesel
óleo combustível combustível para navios e aquecimento doméstico
óleo lubrificante lubrificantes, ceras e polidores
betume 沥青 construção de estradas
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Rota de laboratório de combustíveis

Siga um combustível da fonte aos produtos de combustão.

Vocabulary · ⁨Vocabulário⁩ Train · ⁨Treinar⁩
English · ⁨Inglês⁩ Chinese · ⁨Chinês⁩ Pinyin
fractional distillation/ˈfrækʃənl dɪstɪˈleɪʃn/ 分馏 fēn liú
fractionating column/ˈfrækʃənətɪŋ ˈkɒlʌm/ 分馏塔 fēn liú tǎ
chain length/tʃeɪn leŋθ/ 链长 liàn zhǎng
volatility/ˌvɒləˈtɪlɪti/ 挥发性 huī fā xìng
viscosity/vɪˈskɒsɪti/ 黏度 nián dù
bitumen/ˈbɪtʃuːmən/ 沥青 lì qīng
Alkanes/ˈælkeɪnz/ 烷烃 wán tīng
Combustion/kəmˈbʌstʃn/ 燃烧 rán shāo
substitution reaction/ˌsʌbstɪˈtjuːʃn rɪˈækʃn/ 取代反应 qǔ dài fǎn yìng
ultraviolet light/ˌʊltrəˈvaɪəlɪt laɪt/ 紫外线 zǐ wài xiàn
photochemical reaction/ˌfəʊtəʊˈkemɪkl rɪˈækʃn/ 光化学反应 guāng huà xué fǎn yìng
activation energy/ˌæktɪˈveɪʃn ˈenədʒi/ 活化能 huó huà néng
Alkenes/ˈælkiːnz/ 烯烃 xī tīng
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11.4

Alkanes · ⁨Alcanos⁩

Syllabus · ⁨Programa⁩
English
Core Supplement
1 State that the bonding in alkanes is single covalent and that alkanes are saturated hydrocarbons
2 Describe the properties of alkanes as being generally unreactive, except in terms of combustion and substitution by chlorine 3 State that in a substitution reaction one atom or group of atoms is replaced by another atom or group of atoms
4 Describe the substitution reaction of alkanes with chlorine as a photochemical reaction, with ultraviolet light providing the activation energy, $E_a$, and draw the structural or displayed formulae of the products, limited to monosubstitution
Português
Central Suplementar
1 Afirme que a ligação nos alcanos é covalente simples e que alcanos são hidrocarbonetos saturados
2 Descreva as propriedades dos alcanos sendo geralmente inerte, exceto em termos de combustão e substituição por cloro 3 Afirme que numa reação de substituição um átomo ou grupo de átomos é substituído por outro átomo ou grupo de átomos
4 Descreva a reação de substituição de alcanos com cloro como uma reação fotoquímica, com luz ultravioleta fornecendo a energia de ativação, $E_a$, e desenhe as fórmulas estruturais ou desenvolvidas dos produtos, limitado à monosubstituição

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Fonte: Programa Cambridge International⁩

English

Alkanes 烷烃 have only single covalent bonds, so they are saturated hydrocarbons. They are generally unreactive. Their two important reactions are:

  • Combustion 燃烧: they burn in plenty of oxygen to give carbon dioxide and water.
  • Substitution with chlorine.

In a substitution reaction 取代反应, one atom (or group of atoms) is replaced by another. Alkanes react with chlorine only in ultraviolet light 紫外线 — this is a photochemical reaction 光化学反应, where the light provides the activation energy 活化能. For example:

$$\text{CH}_4 + \text{Cl}_2 \rightarrow \text{CH}_3\text{Cl} + \text{HCl}$$
Português

Alcanos 烷烃 possuem apenas ligações covalentes simples, portanto são hidrocarbonetos saturados. Eles são geralmente pouco reativos. Suas duas reações importantes são:

  • Combustão 燃烧: queimam na presença de oxigênio em abundância para produzir dióxido de carbono e água.
  • Substituição com cloro.

Em uma reação de substituição 取代反应, um átomo (ou grupo de átomos) é substituído por outro. Os alcanos reagem com cloro apenas na luz ultravioleta 紫外线 — esta é uma reação fotoquímica 光化学反应, onde a luz fornece a energia de ativação 活化能. Por exemplo:

$$\text{CH}_4 + \text{Cl}_2 \rightarrow \text{CH}_3\text{Cl} + \text{HCl}$$
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Queimação de um alcano

Passo a passo da combustão. Com muito oxigênio, um alcano queima limpiamente; corte o suprimento de oxigênio e você obterá monóxido de carbono tóxico e fuligem em vez disso.

11.5

Alkenes · ⁨Alcenos⁩

Syllabus · ⁨Programa⁩
English
Core Supplement
1 State that the bonding in alkenes includes a double carbon–carbon covalent bond and that alkenes are unsaturated hydrocarbons
2 Describe the manufacture of alkenes and hydrogen by the cracking of larger alkane molecules using a high temperature and a catalyst
3 Describe the reasons for the cracking of larger alkane molecules
5 State that in an addition reaction only one product is formed
4 Describe the test to distinguish between saturated and unsaturated hydrocarbons by their reaction with aqueous bromine 6 Describe the properties of alkenes in terms of addition reactions with: (a) bromine or aqueous bromine (b) hydrogen in the presence of a nickel catalyst (c) steam in the presence of an acid catalyst and draw the structural or displayed formulae of the products
Português
Central Suplementar
1 Afirme que a ligação nos alcenos inclui uma ligação dupla carbono-carbono covalente e que alcenos são hidrocarbonetos insaturados
2 Descreva a fabricação de alcenos e hidrogênio pela craqueamento de moléculas maiores de alcano usando alta temperatura e um catalisador
3 Descreva as razões para o craqueamento de moléculas maiores de alcano
5 Afirme que numa reação de adição apenas um produto é formado
4 Descreva o teste para distinguir entre hidrocarbonetos saturados e insaturados por sua reação com bromo aquoso 6 Descreva as propriedades dos alcenos em termos de reações de adição com: (a) bromo ou bromo aquoso (b) hidrogênio na presença de um catalisador de níquel (c) vapor d'água na presença de um catalisador ácido e desenhe as fórmulas estruturais ou desenvolvidas dos produtos

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Fonte: Programa Cambridge International⁩

English

Alkenes 烯烃 have a carbon–carbon double bond (C=C), so they are unsaturated hydrocarbons.

Cracking

Large alkane molecules are not very useful. Cracking 裂化 breaks them into smaller, more useful molecules — smaller alkanes and alkenes — using a high temperature and a catalyst 催化剂. Cracking also makes hydrogen 氢气 and provides alkenes for making plastics.

Worked example. Cracking one molecule of decane, $\text{C}_{10}\text{H}_{22}$, gives octane, $\text{C}_8\text{H}_{18}$, and one other product. Identify it, and say how you would tell the two products apart. Atoms are conserved, so subtract: carbon $10 - 8 = 2$, hydrogen $22 - 18 = 4$. The other product is $\text{C}_2\text{H}_4$, ethene - an alkene, because it fits $\text{C}_n\text{H}_{2n}$. To tell them apart, shake each with orange bromine water: ethene has a C=C, so it decolourises the bromine water, while octane is saturated and leaves it orange. Balance a cracking equation by counting atoms on each side; the alkene is whatever is left over.

Reactions of alkenes

The C=C double bond makes alkenes reactive. They take part in addition reactions 加成反应, where two molecules join to form a single product.

  • Test for unsaturation: shake the compound with bromine 溴 water (which is orange). An alkene turns the bromine water colourless; an alkane does not change it.
  • With hydrogen and a nickel 镍 catalyst, an alkene becomes an alkane.
  • With steam 蒸汽 and an acid catalyst, an alkene becomes an alcohol.
Português

Alcenos 烯烃 possuem uma ligação dupla carbono–carbono (C=C), portanto são hidrocarbonetos insaturados.

Craqueamento

Moléculas grandes de alcano não são muito úteis. O craqueamento 裂化 as quebra em moléculas menores e mais úteis — alcanos e alcenos menores — usando alta temperatura e um catalisador 催化剂. O craqueamento também produz hidrogênio 氢气 e fornece alcenos para a produção de plásticos.

Uma cadeia longa de alcano quebrando-se em um alcano mais curto e um alceno com uma dupla ligação
Cracking quebra um alcano grande em um alcano menor mais um alceno (com uma C=C), usando calor e um catalisador

Exemplo resolvido. Cracking de uma molécula de decano, $\text{C}_{10}\text{H}_{22}$, dá octano, $\text{C}_8\text{H}_{18}$, e outro produto. Identifique-o e diga como você distinguiria os dois produtos. Os átomos são conservados, então subtraia: carbono $10 - 8 = 2$, hidrogênio $22 - 18 = 4$. O outro produto é $\text{C}_2\text{H}_4$, eteno - um alceno, porque se encaixa em $\text{C}_n\text{H}_{2n}$. Para distinguir, agite cada um com água de bromo laranja: o eteno tem C=C, então descolora a água de bromo, enquanto o octano é saturado e deixa a água laranja. Balanceie uma equação de cracking contando átomos em cada lado; o alceno é o que sobra.

Reações de alcenos

A ligação dupla C=C torna os alcenos reativos. Eles participam de reações de adição 加成反应, onde duas moléculas se unem para formar um único produto.

  • Teste para insaturação: agite o composto com bromo 溴 água (que é laranja). Um alceno torna a água de bromo incolor; um alcano não altera.
Dois tubos de ensaio com água bromada laranja: o do alceno ficou incolor, o do alcano ainda está laranja
O teste da água de bromo: um alceno descolora a água de bromo laranja (sua C=C reage), enquanto um alcano a deixa laranja
  • Com hidrogênio e um catalisador de nickel 镍, um alceno torna-se um alcano.
  • Com vapor d'água 蒸汽 e um catalisador ácido, um alceno torna-se um álcool.
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Adição através da dupla ligação C=C

Passo a passo de uma reação de adição. A dupla ligação C=C é o local reativo de um alceno — moléculas adicionam-se diretamente sobre ela, o que também explica o teste da água bromada.

Vocabulary · ⁨Vocabulário⁩ Train · ⁨Treinar⁩
English · ⁨Inglês⁩ Chinese · ⁨Chinês⁩ Pinyin
Cracking/ˈkrækɪŋ/ 裂化 liè huà
catalyst/ˈkætəlɪst/ 催化剂 cuī huà jì
hydrogen/ˈhaɪdrədʒn/ 氢气 qīng qì
addition reactions/əˈdɪʃn rɪˈækʃnz/ 加成反应 jiā chéng fǎn yìng
bromine/ˈbrəʊmaɪn/ 溴 xiù
nickel/ˈnɪkl/ 镍 niè
steam/stiːm/ 蒸汽 zhēng qì
Alcohols/ˈælkəhɒlz/ 醇 chún
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11.6

Alcohols · ⁨Alcoóis⁩

Syllabus · ⁨Programa⁩
English
Core Supplement
1 Describe the manufacture of ethanol by: (a) fermentation of aqueous glucose at 25–35 °C in the presence of yeast and in the absence of oxygen (b) catalytic addition of steam to ethene at 300 °C and 6000 kPa / 60 atm in the presence of an acid catalyst 4 Describe the advantages and disadvantages of the manufacture of ethanol by: (a) fermentation (b) catalytic addition of steam to ethene
2 Describe the combustion of ethanol
3 State the uses of ethanol as: (a) a solvent (b) a fuel
Português
Central Suplementar
1 Descreva a fabricação de etanol por: (a) fermentação de glicose aquosa a 25–35 °C na presença de levedura e na ausência de oxigênio (b) adição catalítica de vapor d'água ao eteno a 300 °C e 6000 kPa / 60 atm na presença de um catalisador ácido 4 Descreva as vantagens e desvantagens da fabricação de etanol por: (a) fermentação (b) adição catalítica de vapor d'água ao eteno
2 Descreva a combustão do etanol
3 Afirme os usos do etanol como: (a) um solvente (b) um combustível

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Fonte: Programa Cambridge International⁩

English

Alcohols 醇 contain the –OH functional group. The most important one is ethanol 乙醇. There are two ways to make ethanol.

Method Conditions Notes
fermentation 发酵 of glucose yeast, 25–35 °C, no oxygen uses renewable sugar, but slow and gives impure ethanol
addition of steam to ethene 乙烯 300 °C, 60 atm, acid catalyst fast and pure, but uses petroleum (non-renewable)

In fermentation, yeast 酵母 turns glucose 葡萄糖 into ethanol and carbon dioxide.

Ethanol burns well (combustion), so it is used as a fuel. It also dissolves many substances, so it is used as a solvent 溶剂.

Português

Álcoois 醇 contêm o grupo funcional –OH. O mais importante é o etanol 乙醇. Existem duas formas de produzir etanol.

Duas rotas para etanol: fermentação da glicose e hidratação do eteno com vapor d'água
Duas rotas para o etanol: fermentação e hidratação do eteno
Método Condições Observações
fermentação 发酵 da glicose levedura, 25–35 °C, sem oxigênio usa açúcar renovável, mas é lenta e produz etanol impuro
adição de vapor ao eteno 乙烯 300 °C, 60 atm, catalisador ácido rápido e puro, mas usa petróleo (não renovável)

Na fermentação, a levedura 酵母 transforma a glicose 葡萄糖 em etanol e dióxido de carbono.

O etanol queima bem (combustão), sendo usado como combustível. Também dissolve muitas substâncias, sendo usado como solvente 溶剂.

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Produção de etanol por fermentação

Passo a passo da fermentação. Levedura transforma açúcar em etanol sem ar — o mesmo álcool pode então ser oxidado para virar vinagre.

Vocabulary · ⁨Vocabulário⁩ Train · ⁨Treinar⁩
English · ⁨Inglês⁩ Chinese · ⁨Chinês⁩ Pinyin
ethanol/ˈeθənɒl/ 乙醇 yǐ chún
fermentation/fɜːmənˈteɪʃn/ 发酵 fā jiào
ethene/ˈiːθiːn/ 乙烯 yǐ xī
yeast/jiːst/ 酵母 jiào mǔ
glucose/ˈɡluːkəʊs/ 葡萄糖 pú táo táng
solvent/ˈsɒlvənt/ 溶剂 róng jì
Carboxylic acids/ˌkɑːbəkˈsɪlɪk ˈæsɪdz/ 羧酸 suō suān
Ethanoic acid/ˌeθəˈnəʊɪk ˈæsɪd/ 乙酸 yǐ suān
metals/ˈmetlz/ 金属 jīn shǔ
11.7

Carboxylic acids · ⁨Ácidos carboxílicos⁩

Syllabus · ⁨Programa⁩
English
Core Supplement
1 Describe the reaction of ethanoic acid with: (a) metals (b) bases (c) carbonates including names and formulae of the salts produced 2 Describe the formation of ethanoic acid by the oxidation of ethanol: (a) with acidified aqueous potassium manganate(VII) (b) by bacterial oxidation during vinegar production
3 Describe the reaction of a carboxylic acid with an alcohol using an acid catalyst to form an ester
Português
Central Suplementar
1 Descreva a reação do ácido etanóico com: (a) metais (b) bases (c) carbonatos incluindo nomes e fórmulas dos sais produzidos 2 Descreva a formação do ácido etanóico pela oxidação do etanol: (a) com permanganato de potássio(VII) aquoso acidificado (b) por oxidação bacteriana durante a produção de vinagre
3 Descreva a reação de um ácido carboxílico com um álcool usando um catalisador ácido para formar um éster

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Fonte: Programa Cambridge International⁩

English

Carboxylic acids 羧酸 contain the –COOH functional group. Ethanoic acid 乙酸 is the one to know. Like other acids, it reacts with:

  • metals 金属 → a salt + hydrogen;
  • bases 碱 → a salt 盐 + water;
  • carbonates 碳酸盐 → a salt + water + carbon dioxide.

The salts formed are called ethanoates.

Ethanoic acid can be made by the oxidation 氧化 of ethanol, either using acidified potassium manganate(VII) 高锰酸钾, or by bacteria during the making of vinegar 醋.

When a carboxylic acid reacts with an alcohol (using an acid catalyst), it forms an ester 酯. For example, ethanol + ethanoic acid → ethyl ethanoate + water. The ester's functional group is $-\text{COO}-$, and you name it from its two parents: the alcohol gives the first part with an -yl ending (ethyl), the acid gives the second part with an -oate ending (ethanoate). Its displayed formula is $\text{CH}_3\text{-COO-CH}_2\text{-CH}_3$.

Português

Ácidos carboxílicos 羧酸 contêm o grupo funcional –COOH. O ácido etanoico 乙酸 é o principal. Como outros ácidos, reage com:

Ácido carboxílico mais álcool reagindo para formar um éster mais água
Um ácido carboxílico e um álcool reagem para formar um éster e água
  • metais 金属 → um sal + hidrogênio;
  • bases 碱 → um sal 盐 + água;
  • carbonatos 碳酸盐 → um sal + água + dióxido de carbono.

Os sais formados são chamados etanoatos.

O ácido etanoico pode ser feito pela oxidação 氧化 do etanol, usando permanganato de potássio acidificado 高锰酸钾, ou por bactérias durante a produção de vinagre 醋.

Quando um ácido carboxílico reage com um álcool (usando catalisador ácido), forma um éster 酯. Por exemplo, etanol + ácido etanoico → etanoato de etila + água. O grupo funcional do éster é $-\text{COO}-$, e nomeia-se a partir dos seus dois precursores: o álcool dá a primeira parte com terminação -yl (ethyl), o ácido dá a segunda parte com terminação -oate (ethanoate). Sua fórmula desenvolvida é $\text{CH}_3\text{-COO-CH}_2\text{-CH}_3$.

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pH de um ácido fraco

Ácidos carboxílicos são ácidos fracos — eles apenas parcialmente se ionizam, assim ficam logo abaixo do pH 7. Deslize a escala para ver onde se encaixam.

Vocabulary · ⁨Vocabulário⁩ Train · ⁨Treinar⁩
English · ⁨Inglês⁩ Chinese · ⁨Chinês⁩ Pinyin
bases/ˈbeɪsɪz/ 碱 jiǎn
salt/sɒlt/ 盐 yán
carbonates/ˈkɑːbəneɪts/ 碳酸盐 tàn suān yán
oxidation/ˌɒksɪˈdeɪʃn/ 氧化 yǎng huà
potassium manganate(VII)/pəˈtæsɪəm ˈmæŋɡəneɪt/ 高锰酸钾 gāo měng suān jiǎ
vinegar/ˈvɪnɪɡə/ 醋 cù
ester/ˈestə/ 酯 zhǐ
11.8

Polymers · ⁨Polímeros⁩

Syllabus · ⁨Programa⁩
English
Core Supplement
1 Define polymers as large molecules built up from many smaller molecules called monomers 6 Identify the repeat units and/or linkages in addition polymers and in condensation polymers
2 Describe the formation of poly(ethene) as an example of addition polymerisation using ethene monomers 7 Deduce the structure or repeat unit of an addition polymer from a given alkene and vice versa
8 Deduce the structure or repeat unit of a condensation polymer from given monomers and vice versa, limited to: (a) polyamides from a dicarboxylic acid and a diamine (b) polyesters from a dicarboxylic acid and a diol
9 Describe the differences between addition and condensation polymerisation
10 Describe and draw the structure of: (a) nylon, a polyamide [image] (b) PET, a polyester [image] The full name for PET, polyethylene terephthalate, is not required
3 State that plastics are made from polymers
4 Describe how the properties of plastics have implications for their disposal 11 State that PET can be converted back into monomers and re-polymerised
5 Describe the environmental challenges caused by plastics, limited to: (a) disposal in landfill sites (b) accumulation in oceans (c) formation of toxic gases from burning
12 Describe proteins as natural polyamides and that they are formed from amino acid monomers with the general structure: [image] where R represents different types of side-chain
13 Describe and draw the structure of proteins as: [image]
Português
Central Suplementar
1 Defina polímeros como grandes moléculas construídas a partir de muitas moléculas menores chamadas monômeros 6 Identifique as unidades repetitivas e/ou ligações em polímeros de adição e em polímeros de condensação
2 Descreva a formação do poli(eteno) como exemplo de polimerização por adição usando monômeros de eteno 7 Deduza a estrutura ou unidade repetitiva de um polímero de adição a partir de um alceno dado e vice-versa
8 Deduza a estrutura ou unidade repetitiva de um polímero de condensação a partir de monômeros dados e vice-versa, limitado a: (a) poliamidas a partir de um ácido dicarboxílico e uma diamina (b) poliésteres a partir de um ácido dicarboxílico e um diol
9 Descreva as diferenças entre polimerização por adição e polimerização por condensação
10 Descreva e desenhe a estrutura de: (a) nylon, uma poliamida [image] (b) PET, um poliéster [image] O nome completo do PET, poli(tereftalato de etileno), não é necessário
3 Afirme que plásticos são feitos de polímeros
4 Descreva como as propriedades dos plásticos têm implicações para sua disposição 11 Afirme que o PET pode ser convertido novamente em monômeros e repolimerizado
5 Descreva os desafios ambientais causados pelos plásticos, limitado a: (a) disposição em aterros sanitários (b) acúmulo nos oceanos (c) formação de gases tóxicos pela queima
12 Descreva proteínas como poliamidas naturais e que são formadas por monômeros de aminoácidos com a estrutura geral: [image] onde R representa diferentes tipos de cadeia lateral
13 Descreva e desenhe a estrutura de proteínas como: [image]

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Fonte: Programa Cambridge International⁩

English

A polymer 聚合物 is a very large molecule built from many small molecules called monomers 单体.

Addition polymerisation

In addition polymerisation 加聚, many unsaturated monomers join together with no other product. For example, many ethene monomers join to make poly(ethene). The small part that repeats along the chain is the repeat unit 重复单元.

Condensation polymerisation

In condensation polymerisation 缩聚, monomers join and a small molecule (usually water) is lost each time a bond forms. This makes two important types:

  • Polyamides 聚酰胺 are made from a dicarboxylic acid and a diamine. Nylon 尼龙 is a polyamide.
  • Polyesters 聚酯 are made from a dicarboxylic acid and a diol. PET is a polyester, and it can be broken back into its monomers and re-made.

The new bond joining the monomers is the linkage: an amide linkage 酰胺键 (written $-\text{CO-NH}-$) in a polyamide such as nylon, and an ester linkage 酯键 (written $-\text{CO-O}-$) in a polyester such as PET. A repeat unit is drawn in brackets, e.g. nylon as $-[\text{CO-}(\text{CH}_2)_4\text{-CO-NH-}(\text{CH}_2)_6\text{-NH}]-$; in an exam you may be asked to circle the linkage in a drawn repeat unit.

Plastics and the environment

Plastics 塑料 are made from polymers. Because many plastics do not break down, getting rid of them is a problem:

  • they build up in landfill 填埋 sites;
  • they collect in the oceans and harm sea life;
  • burning them can make toxic gases.

Proteins

Proteins 蛋白质 are natural polyamides. They are made from amino acid 氨基酸 monomers joined in long chains.

Português

Um polímero 聚合物 é uma molécula muito grande construída a partir de muitas moléculas pequenas chamadas monômeros 单体.

Polimerização por adição

Na polimerização por adição 加聚, muitos monômeros insaturados se unem sem nenhum outro produto. Por exemplo, muitos monômeros de eteno se unem para formar polietileno. A pequena parte que se repete ao longo da cadeia é a unidade repetitiva 重复单元.

Muitos monômeros de eteno com ligações duplas C=C se unindo a uma cadeia de polietileno com ligações simples, mostrada como unidade repetitiva entre colchetes
Na polimerização por adição, as ligações C=C abrem-se e muitos monômeros de eteno se unem a uma longa cadeia de polietileno

Polimerização por condensação

Na polimerização por condensação 缩聚, monômeros se unem e uma pequena molécula (geralmente água) é perdida toda vez que uma ligação se forma. Isso gera dois tipos importantes:

  • Poliamidas 聚酰胺 são feitas de um ácido dicarboxílico e uma diamina. Nylon 尼龙 é uma poliamida.
  • Poliésteres 聚酯 são feitos de um ácido dicarboxílico e um diol. PET é um poliéster, e pode ser decomposto em seus monômeros e reformado.

A nova ligação que une os monômeros é a ligação: uma ligação amida 酰胺键 (escrita $-\text{CO-NH}-$) em uma poliamida como nylon, e uma ligação éster 酯键 (escrita $-\text{CO-O}-$) em um poliéster como PET. Uma unidade repetitiva é desenhada entre colchetes, ex.: nylon como $-[\text{CO-}(\text{CH}_2)_4\text{-CO-NH-}(\text{CH}_2)_6\text{-NH}]-$; em um exame, pode-se pedir para circundar a ligação em uma unidade repetitiva desenhada.

Plásticos e o meio ambiente

Plásticos 塑料 são feitos de polímeros. Como muitos plásticos não se degradam, eliminá-los é um problema:

  • acumulam-se em aterros sanitários 填埋;
  • acumulam-se nos oceanos e prejudicam a vida marinha;
  • queimá-los pode gerar gases tóxicos.
Uma praia de pedras coberta de garrafas plásticas lavadas à deriva, copos e fragmentos quebrados de plástico
A maioria dos plásticos é não biodegradável, então resíduos plásticos se acumulam em praias e oceanos por centenas de anos

Proteínas

Proteínas 蛋白质 são poliamidas naturais. São feitas de monômeros de aminoácidos 氨基酸 unidos em longas cadeias.

Explore · ⁨Explorar⁩

Fabricando um polímero

Pequenos monômeros unem-se em uma longa cadeia — a base de todos os plásticos.

Vocabulary · ⁨Vocabulário⁩ Train · ⁨Treinar⁩
English · ⁨Inglês⁩ Chinese · ⁨Chinês⁩ Pinyin
polymer/ˈpɒlɪmə/ 聚合物 jù hé wù
monomers/ˈmɒnəʊməz/ 单体 dān tǐ
addition polymerisation/əˈdɪʃn ˌpɒlɪməraɪˈzeɪʃn/ 加聚 jiā jù
repeat unit/rɪˈpiːt ˈjuːnɪt/ 重复单元 chóng fù dān yuán
condensation polymerisation/kɒndenˈseɪʃn ˌpɒlɪməraɪˈzeɪʃn/ 缩聚 suō jù
Polyamides/ˌpɒlɪˈeɪmaɪdz/ 聚酰胺 jù xiān àn
Nylon/ˈnaɪlɒn/ 尼龙 ní lóng
Polyesters/ˌpɒlɪˈestəz/ 聚酯 jù zhǐ
amide linkage/əˈmaɪd ˈlɪŋkɪdʒ/ 酰胺键 xiān àn jiàn
ester linkage/ˈestə ˈlɪŋkɪdʒ/ 酯键 zhǐ jiàn
Plastics/ˈplæstɪks/ 塑料 sù liào
landfill/ˈlændfɪl/ 填埋 tián mái
Proteins/ˈprəʊtiːnz/ 蛋白质 dàn bái zhì
amino acid/əˈmiːnəʊ ˈæsɪd/ 氨基酸 ān jī suān
Watch lesson · ⁨Assistir aula⁩
11.8

Exam tips · ⁨Dicas de prova⁩

English
  • Learn each homologous series by its functional group and general formula: alkanes $\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$, alkenes $\text{C}_n\text{H}_{2n}$, alcohols $-\text{OH}$, carboxylic acids $-\text{COOH}$.
  • The bromine water test for unsaturation: an alkene (with its C=C) turns orange bromine water colourless; an alkane leaves it orange.
  • Cracking breaks large, less useful alkanes into smaller alkanes and alkenes, using heat and a catalyst.
  • Two routes to ethanol: fermentation of glucose (renewable but slow and impure) and adding steam to ethene (fast and pure, but from petroleum).
  • Addition polymerisation joins unsaturated monomers with no other product; condensation polymerisation joins monomers and loses a small molecule (usually water) each time.
Português
  • Aprenda cada série homóloga pelo seu grupo funcional e fórmula geral: alcanos $\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$, alcenos $\text{C}_n\text{H}_{2n}$, álcoois $-\text{OH}$, ácidos carboxílicos $-\text{COOH}$.
  • O teste da água de bromo para insaturação: um alceno (com sua C=C) torna a água de bromo laranja incolor; um alcano a deixa laranja.
  • Cracking quebra alcanos grandes e menos úteis em alcanos menores e alcenos, usando calor e catalisador.
  • Duas rotas para o etanol: fermentação da glicose (renovável mas lento e impuro) e adição de vapor ao eteno (rápido e puro, mas de petróleo).
  • Adição polimerização une monômeros insaturados sem nenhum outro produto; condensação polimerização une monômeros e perde uma pequena molécula (geralmente água) toda vez.

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