Atividades de Produção de materiais sintéticos e impactos socioambientais para a 3ª série do Ensino Médio com gabarito

Quem ensina Química na 3ª série sabe que o tema de materiais sintéticos chega sempre com uma pergunta na sala: por que a garrafa de refrigerante e o cano de água são feitos do mesmo tipo de coisa? Eu costumo começar mostrando um saco plástico e uma garrafa PET lado a lado, e pedindo que os alunos apontem o que têm em comum antes de qualquer fórmula.

Nas minhas turmas, esse assunto funciona bem quando conecta o laboratório ao cotidiano: o eteno que vira polietileno, o cloreto de vinila que vira PVC e o descarte desses materiais no lixo. Mantive aqui as questões que uso para consolidar o conteúdo, com gabarito comentado, para que você possa aplicar direto ou adaptar.

O que o aluno de 3ª série precisa saber sobre Produção de materiais sintéticos e impactos socioambientais

Na prática, o aluno precisa entender que polímeros são macromoléculas formadas pela repetição de unidades menores chamadas monômeros. Na polimerização por adição, a ligação dupla do monômero é rompida e as moléculas se unem sem perda de outras substâncias, como acontece com o eteno formando o polietileno, cuja unidade repetitiva é –CH2–CH2–. Já na policondensação, como no PET, a união entre os monômeros libera uma molécula pequena, em geral água. Saber diferenciar esses dois mecanismos é o centro do assunto. Do lado socioambiental, o ponto é que muitos desses materiais vêm de matérias-primas fósseis e não se degradam facilmente, enquanto alguns, como o ácido polilático, podem vir de fontes renováveis e ser biodegradados em condições industriais controladas. A reciclagem e a biodegradação são processos diferentes, e confundi-los é um dos erros mais frequentes.

O que ele precisa saber antes

Para acompanhar essas atividades, o aluno precisa dominar a fórmula molecular do eteno, entender o que é polimerização por adição e reconhecer os grupos funcionais envolvidos nas reações de policondensação, como a carboxila e a hidroxila. Sem essa base, a questão sobre ligação éster e a questão sobre hidrólise do PET ficam difíceis de resolver. Também é útil ter noções de cálculo de pH e de constante de dissociação, que aparecem na questão de ácido acrílico.

Onde os alunos mais erram

O erro que mais observo é a confusão entre quantidade de monômero e quantidade de produto, especialmente quando a questão pede a escolha de uma alternativa com base em proporções. Outro erro típico é atribuir ao monômero do polietileno um composto parecido, como o etano, que tem a mesma quantidade de carbonos mas não possui a ligação dupla necessária para a adição. Nas questões de biodegradabilidade, o distrator mais provável é o PET, porque o aluno associa a capacidade de reciclagem à capacidade de se decompor. Por fim, na policondensação, muitos alunos contam 2 mols de água por ligação éster quando o correto é 1 mol, por isso vale pedir que escrevam a equação antes de contar.

Como trabalhar em sala

• Peça que os alunos recortem o símbolo de reciclagem de embalagens de casa e classifiquem os materiais pelo tipo de polimerização, usando apenas a tabela do próprio rótulo quando houver.
• Monte um quadro comparativo com duas colunas, adição e condensação, e preencha com exemplos de polímeros que os alunos já conhecem.
• Use dois copos com água e uma colher para simular a eliminação de moléculas pequenas na condensação, sem entrar em detalhes de laboratório.
• Proponha um debate curto sobre o que acontece com um saco plástico jogado na rua, separando o que é reciclagem do que é biodegradação.

Questões prontas de Produção de materiais sintéticos e impactos socioambientais para a 3ª série do Ensino Médio (com gabarito comentado)

Estas são as oito questões da habilidade. Você pode ver a ficha técnica de cada uma pelo link da habilidade, em questões da habilidade EM13CNT307.

Questão 1: monômero do polietileno e fragmento repetitivo

Em uma atividade de laboratório, uma amostra gasosa identificada como eteno, de fórmula C2H4, foi submetida a condições que favorecem a formação de um sólido plástico. Observou-se que muitas moléculas do gás se uniram por meio das ligações entre seus átomos de carbono, sem formação de moléculas pequenas como água ou gás hidrogênio. No produto, permanece uma unidade estrutural que se repete ao longo da cadeia polimérica.

Com base no texto e no mecanismo de polimerização por adição, indique a fórmula molecular do monômero utilizado e escreva a equação simplificada da reação, destacando o fragmento repetitivo do polímero formado.

• ✅ A) Monômero: eteno, C2H4. Polimerização: n CH2=CH2 → [−CH2−CH2−]n; fragmento repetitivo: −CH2−CH2−. — O eteno possui fórmula C2H4 e uma ligação dupla entre os átomos de carbono. Na polimerização por adição, essa ligação dupla é rompida, permitindo que as moléculas se liguem umas às outras. Como não há eliminação de moléculas pequenas, a unidade repetitiva do polietileno é −CH2−CH2−.
• ❌ B) Monômero: eteno, C2H4. Polimerização: n CH2=CH2 → [−CH2−CH3−]n; fragmento repetitivo: −CH2−CH3−. — O fragmento repetitivo está errado, pois cada carbono da unidade −CH2−CH2− mantém dois hidrogênios; a escrita −CH2−CH3− altera a composição do polímero.
• ❌ C) Monômero: propano, C3H8. Polimerização: n CH3−CH2−CH3 → [−CH2−CH(CH3)−]n; fragmento repetitivo: −CH2−CH(CH3)−. — O propano é um alcano saturado e não corresponde ao monômero indicado no texto; a estrutura apresentada seria associada ao propileno, C3H6.
• ❌ D) Monômero: eteno, C2H4. Polimerização: n CH2=CH2 → [−CH=CH−]n + n H2; fragmento repetitivo: −CH=CH−. — Na adição, a ligação dupla é consumida para formar ligações simples; não ocorre eliminação de H2 e o fragmento não conserva a ligação dupla.
• ❌ E) Monômero: etano, C2H6. Polimerização: n CH3−CH3 → [−CH3−CH3−]n; fragmento repetitivo: −CH3−CH3−. — O etano não possui ligação dupla e, portanto, não sofre polimerização por adição nas condições descritas.

Questão 2: polietileno e a equação de polimerização por adição

Uma cooperativa brasileira de reciclagem analisou sacolas identificadas como feitas de polietileno (PE). O relatório descreveu o PE como um polímero de adição formado por cadeias cuja unidade repetitiva é –CH2–CH2–. Nesse tipo de reação, a ligação múltipla do monômero é rompida e os átomos passam a formar ligações simples na cadeia polimérica.

Com base no relatório e no modelo de polimerização por adição descrito, indique o monômero usado na produção do polietileno e represente, com a seta de reação e a unidade repetitiva, a equação dessa polimerização.

• ❌ A) Monômero: cloroeteno (CH₂=CHCl). Equação: n CH₂=CHCl → –(CH₂–CHCl)–ₙ. — O cloroeteno origina o PVC, cuja cadeia contém cloro, e não o polietileno.
• ❌ B) Monômero: propeno (CH₂=CH–CH₃). Equação: n CH₂=CH–CH₃ → –(CH₂–CH(CH₃))–ₙ. — O propeno forma polipropileno, com grupos metila na unidade repetitiva, diferente de –CH₂–CH₂–.
• ❌ C) Monômero: etano (CH₃–CH₃). Equação: n CH₃–CH₃ → –(CH₃–CH₃)–ₙ. — O etano possui apenas ligações simples e não apresenta a ligação múltipla necessária para a adição.
• ❌ D) Monômero: etino (HC≡CH). Equação: n HC≡CH → –(CH=CH)–ₙ. — O etino possui ligação tripla e não produz a unidade saturada –CH₂–CH₂– indicada no texto.
• ✅ E) Monômero: eteno (CH₂=CH₂). Equação: n CH₂=CH₂ → –(CH₂–CH₂)–ₙ. — O polietileno apresenta a unidade repetitiva –CH₂–CH₂–; para obtê-la por adição, é necessário um monômero com dois carbonos e uma ligação dupla entre eles, que é o eteno.

Questão 3: qual material é renovável e biodegradável em compostagem industrial

Uma cooperativa brasileira de coleta seletiva avaliou cinco materiais usados em embalagens. O polietileno (PE), o polipropileno (PP), o poliestireno (PS) e o polietileno tereftalato (PET) são produzidos, em geral, a partir de matérias-primas fósseis e não se degradam por ação microbiana durante a compostagem industrial. Já o ácido polilático (PLA) pode ser obtido de fontes renováveis, como o amido de milho e a cana-de-açúcar, e sua biodegradação ocorre em instalações industriais que controlam temperatura, umidade e aeração. A reciclagem do PET, embora ambientalmente importante, é um processo diferente da biodegradação.

Com base no texto, qual material reúne as características de ser obtido de fonte renovável e de poder ser biodegradado em condições industriais de compostagem?

• ❌ A) Polipropileno (PP), pois sua cadeia polimérica resiste à ação microbiana e favorece a compostagem industrial. — Resistência à ação microbiana dificulta a biodegradação, e o texto associa o PP a matérias-primas fósseis.
• ❌ B) Polietileno tereftalato (PET), pois sua reciclagem transforma o polímero em material biodegradável durante a compostagem industrial. — O texto diferencia reciclagem de biodegradação; o PET não é biodegradável em compostagem industrial nem obtido de fonte renovável.
• ✅ C) Ácido polilático (PLA), pois pode ser produzido a partir de matérias-primas renováveis e biodegradado em compostagem industrial. — O PLA atende aos dois critérios do comando, enquanto os demais materiais são apresentados como derivados, em geral, de fontes fósseis e não biodegradáveis nesse processo.
• ❌ D) Poliestireno (PS), pois sua baixa densidade permite que seja degradado por microrganismos em instalações industriais. — Densidade é propriedade física e não indica biodegradabilidade; o texto afirma que o PS não se degrada por ação microbiana na compostagem.
• ❌ E) Polietileno (PE), pois é produzido a partir de matéria-prima fóssil e permanece estável durante a compostagem industrial. — A alternativa reconhece uma característica real, mas o PE não atende ao comando, que pede fonte renovável e biodegradação.

Questão 4: monômero do PVC e a reação de polimerização

Em uma estação de tratamento de água, tubos de PVC são usados para transportar água potável. Esse material é produzido por polimerização por adição: moléculas pequenas iguais se unem pela abertura de uma ligação dupla entre dois átomos de carbono, sem formação de outras moléculas. A unidade repetitiva do PVC é representada por –CH2–CHCl–, que se repete muitas vezes ao longo da cadeia.

Com base no texto, indique o monômero utilizado na produção do PVC e escreva a reação de polimerização por adição que representa a formação de sua unidade repetitiva.

• ✅ A) Monômero: cloreto de vinila, CH₂=CHCl. Polimerização: n CH₂=CHCl ⟶ [–CH₂–CHCl–]ₙ. — A ligação dupla carbono-carbono é rompida, e a unidade repetitiva –CH₂–CHCl– corresponde ao cloreto de vinila.
• ❌ B) Monômero: cloroetano, CH₃–CH₂Cl. Polimerização: n CH₃–CH₂Cl ⟶ [–CH₃–CH₂Cl–]ₙ. — O cloroetano não possui ligação dupla, condição necessária para a adição, e a fórmula proposta não reproduz a unidade do PVC.
• ❌ C) Monômero: diclorometano, CH₂Cl₂. Polimerização: n CH₂Cl₂ ⟶ [–CH₂Cl–]ₙ. — O diclorometano é saturado e a unidade proposta não corresponde à do PVC.
• ❌ D) Monômero: propeno, CH₂=CH–CH₃. Polimerização: n CH₂=CH–CH₃ ⟶ [–CH₂–CH(CH₃)–]ₙ. — O propeno origina o polipropileno, cujo grupo metila não aparece no PVC, que contém cloro.
• ❌ E) Monômero: eteno, CH₂=CH₂. Polimerização: n CH₂=CH₂ ⟶ [–CH₂–CH₂–]ₙ. — Este é o polietileno; o monômero não possui cloro, portanto a unidade também não apresenta cloro.

Questão 5: ligação éster e a água liberada na policondensação

Em uma atividade sobre a produção e a reciclagem do PET, estudantes analisaram a reação entre o ácido tereftálico, representado por HOOC–C6H4–COOH, e o etilenoglicol, representado por HO–CH2–CH2–OH. Nessa reação de policondensação, um grupo carboxila reage com um grupo hidroxila, formando uma ligação éster e eliminando uma molécula de água. Para representar apenas uma etapa local da cadeia, deve-se considerar a reação entre uma carboxila e uma hidroxila, sem representar toda a macromolécula.

Com base no texto e nas estruturas dos grupos funcionais envolvidos, qual representação corresponde à formação de uma ligação éster e quantos mols de água são liberados por mol de ligação éster formada?

• ❌ A) –COOH + HO–R → –COO–R + H₂O; 1 mol de H₂O por 2 mols de ligações éster formadas. — A equação está correta, mas o texto estabelece uma molécula de água para cada ligação éster, e não para cada duas.
• ❌ B) –COOH + HO–R → –COO–R; nenhum mol de H₂O por mol de ligação éster formada. — Omite a etapa de condensação; a formação da ligação éster libera água.
• ✅ C) –COOH + HO–R → –COO–R + H₂O; 1 mol de H₂O por mol de ligação éster formada. — Na condensação, o –OH da carboxila e um H da hidroxila são eliminados como H₂O, e os grupos restantes formam a ligação éster –COO–.
• ❌ D) –COOH + HO–R + H₂O → –COO–R; menos 1 mol de H₂O por mol de ligação éster formada. — Representa a água como reagente consumido, quando na reação ela é produto.
• ❌ E) –COOH + HO–R → –COO–R + 2H₂O; 2 mol de H₂O por mol de ligação éster formada. — Considera a eliminação de duas moléculas de água, mas a formação de uma ligação éster envolve apenas uma.

Questão 6: nome do polímero formado a partir do PET

O polímero PET é obtido pela policondensação entre ácido tereftálico e etilenoglicol. Informe o nome do material sintético formado.

• ❌ A) Polietileno, um polímero obtido a partir do etileno. — Polietileno vem da polimerização do etileno, não da policondensação entre ácido tereftálico e etilenoglicol.
• ❌ B) Poliestireno, formado pela polimerização do estireno. — Poliestireno é produzido a partir do estireno, por outro monômero e outro tipo de reação.
• ✅ C) Polietileno tereftalato (PET), um polímero de condensação. — A reação entre ácido tereftálico e etilenoglicol forma o polímero conhecido como polietileno tereftalato, abreviado PET.
• ❌ D) Policloreto de vinila (PVC), usado em tubos e revestimentos. — PVC é obtido do cloreto de vinila, não dos monômeros citados.
• ❌ E) Poliamida, como o nylon, resultante de monômeros diferentes. — Poliamidas surgem, em geral, da reação entre diácidos e diaminas, e não entre um diácido e um diol.

Questão 7: equação da hidrólise ácida do PET

Escreva a equação de hidrólise ácida, por unidade repetitiva, do poli(etileno tereftalato) (PET) e identifique os produtos; explique por que a água tende a acidificar.

• ❌ A) [-C=CH-]n + n H2O ? n HO-CH-CH-OH. — Usar propeno não é adequado; o PET é derivado de ésteres aromáticos, não de etenos.
• ❌ B) [-O-CH3-CO-]n + n H2O ? n HO-CH3 + n HOOC-CH3. — Uso de metanol incorreto; a hidrólise do PET envolve etilenoglicol, não metanol.
• ❌ C) [-O-CH2-CO-]n + n H2O ? n HO-CH2 + n CO2. — A formação de CO2 não ocorre na hidrólise do PET.
• ❌ D) [-O-CH2-CH2-COOH-]n + n H2O ? n HO-CH2-CH2 + n HO-C5H6O3. — Estrutura e produtos estão errados; não envolve a cadeia correta do PET.
• ✅ E) [-O-CH2-CH2-O-CO-C6H4-CO-]n + n H2O ? n HO-CH2-CH2-OH + n HOOC-C6H4-COOH; forma ácido tereftálico que reduz o pH. — A hidrólise rompe as ligações éster, gerando etilenoglicol (neutro) e ácido tereftálico, que se dissocia parcialmente liberando H+.

Questão 8: pH e porcentagem de dissociação do ácido acrílico

Um efluente contém 0,020 mol·L⁻¹ de ácido acrílico (CH2=CHCOOH). Equilíbrio: CH2=CHCOOH ⇌ CH2=CHCOO⁻ + H⁺. Dado Ka = 1,4×10⁻⁴, calcule o pH e a porcentagem de dissociação do ácido acrílico.

• ✅ A) pH ≈ 2,78; dissociação ≈ 8,4%. — Assumindo x = [H⁺] ≈ √(Ka·C) = √(1,4e-4 · 0,02) ≈ 1,67e-3 M, o pH é −log(1,67e-3) ≈ 2,78, e a dissociação é (1,67e-3 / 0,02) × 100 ≈ 8,4%.
• ❌ B) pH 2,00; dissociação 50%. — 50% de dissociação é impossível para o Ka dado, que indica um ácido fraco.
• ❌ C) pH 3,50; dissociação 12%. — pH 3,50 sugere maior concentração de H⁺, o que não se alinha com a Ka menor.
• ❌ D) pH 5,00; dissociação 5%. — pH 5,00 implica concentração de H⁺ menor que a real para esse ácido.
• ❌ E) pH 4,00; dissociação 25%. — pH 4,00 implica menor concentração de H⁺, incorreto para o Ka dado.

Conclusão e próximos passos

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As questões desta página são exemplos para estudo e revisão. Confira sempre o alinhamento com o seu planejamento e com o seu material didático antes de aplicar em avaliações oficiais.