UNESP 2015/2
O espectro solar que atinge a superfície terrestre é formado predominantemente por radiações ultravioletas (UV) (100 – 400 nm), radiações visíveis (400 – 800 nm) e radiações infravermelhas (acima de 800 nm). A faixa da radiação UV se divide em três regiões: UVA (320 a 400 nm), UVB (280 a 320 nm) e UVC (100 a 280 nm). Ao interagir com a pele humana, a radiação UV pode provocar reações fotoquímicas, que estimulam a produção de melanina, cuja manifestação é visível sob a forma de bronzeamento da pele, ou podem levar à produção de simples inflamações até graves queimaduras.
Um filtro solar eficiente deve reduzir o acúmulo de lesões induzidas pela radiação UV por meio da absorção das radiações solares, prevenindo assim uma possível queimadura. São apresentados a seguir as fórmulas estruturais, os nomes e os espectros de absorção de três filtros solares orgânicos.
A energia da radiação solar aumenta com a redução de seu comprimento de onda e a torna mais propensa a induzir reações fotoquímicas. Analisando os espectros de absorção apresentados e utilizando os dados da Classificação Periódica, assinale a alternativa que apresenta a massa molar, em g·mol–1, do filtro solar orgânico que tem o máximo de absorção de maior energia.
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Resolução
Passo a passo para a solução:
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Compreender a relação entre energia e comprimento de onda: O enunciado afirma que "A energia da radiação solar aumenta com a redução de seu comprimento de onda". Isso significa que a radiação de maior energia é aquela com o menor comprimento de onda (λ).
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Analisar os espectros de absorção: Precisamos encontrar o filtro solar que apresenta o pico de absorção (absorbância máxima) no menor comprimento de onda.
- Filtro Solar 1 (PABA): O gráfico mostra que o pico de absorção ocorre em aproximadamente \(\lambda_{max} \approx 290\) nm.
- Filtro Solar 2 (Octil p-dimetilaminobenzoato): O gráfico mostra que o pico de absorção ocorre em aproximadamente \(\lambda_{max} \approx 310\) nm. (Observação: O nome fornecido na imagem parece incorreto para a estrutura, mas seguimos a estrutura e o espectro).
- Filtro Solar 3 (BMDM): O gráfico mostra que o pico de absorção ocorre em aproximadamente \(\lambda_{max} \approx 365\) nm.
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Identificar o filtro com absorção de maior energia: Comparando os comprimentos de onda de absorção máxima: \(290 \text{ nm} < 310 \text{ nm} < 365 \text{ nm}\). O menor comprimento de onda corresponde à maior energia. Portanto, o Filtro Solar 1 (PABA) absorve a radiação de maior energia entre os três.
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Determinar a fórmula molecular do Filtro Solar 1 (PABA): A estrutura do ácido p-aminobenzoico (PABA) é fornecida. Contamos os átomos:
- Carbono (C): 6 no anel benzênico + 1 no grupo carboxila (-COOH) = 7 átomos de C.
- Hidrogênio (H): 4 no anel benzênico + 1 no grupo carboxila (-COOH) + 2 no grupo amino (-NH₂) = 7 átomos de H.
- Nitrogênio (N): 1 no grupo amino (-NH₂) = 1 átomo de N.
- Oxigênio (O): 2 no grupo carboxila (-COOH) = 2 átomos de O.
A fórmula molecular é \(C_7H_7NO_2\).
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Calcular a massa molar do PABA: Utilizamos as massas atômicas (geralmente fornecidas na prova do Enem ou consideradas conhecimento comum): C = 12 g/mol, H = 1 g/mol, N = 14 g/mol, O = 16 g/mol.
\[ \text{Massa Molar (PABA)} = (7 \times 12) + (7 \times 1) + (1 \times 14) + (2 \times 16) \]
\[ \text{Massa Molar (PABA)} = 84 + 7 + 14 + 32 \]
\[ \text{Massa Molar (PABA)} = 137 \text{ g/mol} \]
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Selecionar a alternativa correta: O valor calculado, 137 g/mol, corresponde à alternativa E.
Dicas
Erros Comuns
Conceitos Fundamentais:
- Radiação Eletromagnética: A luz solar é uma forma de radiação eletromagnética que possui energia quantizada em fótons.
- Relação Energia-Comprimento de Onda: A energia (E) de um fóton é inversamente proporcional ao seu comprimento de onda (λ), descrita pela equação de Planck: \(E = hc/\lambda\), onde h é a constante de Planck e c é a velocidade da luz. Portanto, comprimentos de onda menores (como UV) carregam mais energia que comprimentos de onda maiores (como infravermelho).
- Espectroscopia de Absorção UV-Vis: Técnica que mede a quantidade de luz absorvida por uma substância em diferentes comprimentos de onda na região do ultravioleta (UV) e visível. Um espectro de absorção mostra a absorbância em função do comprimento de onda. O pico de absorção (\(\lambda_{max}\)) indica o comprimento de onda onde a substância absorve luz mais eficientemente.
- Estrutura Molecular e Absorção UV-Vis: A absorção de radiação UV-Vis por moléculas orgânicas geralmente envolve a excitação de elétrons \(\pi\) ou elétrons não ligantes (n) para orbitais antiligantes de maior energia (\(\pi^*\)). Grupos funcionais específicos (cromóforos) e conjugação (alternância de ligações simples e duplas/triplas) influenciam os comprimentos de onda absorvidos.
- Massa Molar: A massa de um mol (\(6,02 \times 10^{23}\) entidades) de uma substância, expressa em g/mol. É calculada somando as massas atômicas de todos os átomos na fórmula molecular do composto.
- Filtros Solares: Substâncias químicas que absorvem ou refletem a radiação UV, protegendo a pele dos seus efeitos nocivos.
