Benzeno

Benzeno
Geral
Nome IUPAC	Benzeno
Outros nomes	Benzol
Fórmula Química	C6H6
Massa molar	78,112 g·mol−1
Cor e aparência	líquido incolor
Número CAS	71-43-2
Propriedades Físicas
Densidade	0,8765(20) g.cm–3
Ponto de fusão	5,49 °C (278,64 K) a 101,3 kPa
Ponto de ebulição	80,09 °C (353,24 K) a 101,3 kPa
Solubilidade	miscível: EtOH, Éter, Acetona, CHCl3 levemente solúvel: H2O solúvel: CCl4
Pressão de vapor	12,7 kPa (25 °C)
Propriedades Termodinâmicas
∆f H° (25 °C)	49,1 kJ·mol−1 (líquido) 82,9 kJ·mol−1 (gás)
S° (25 °C)	173,4 J·mol-1·K−1 (líquido) 269,2 J·mol-1·K−1 (gás)
Cp (25 °C)	136,0 J·mol-1·K−1 (líquido) 82,4 J·mol-1·K−1 (gás)
∆c H° (25 °C)	3267,6 kJ·mol−1 (líquido)
∆ vap H	33,83 kJ·mol−1 (25 °C e 1 atm)
∆ fus H	9,87 kJ·mol−1 (5,49 °C e 1 atm)
Constantes Críticas
Tb (1 atm)	353,24 K
Tc	562,05 K
Pc	4,895 MPa
Outras Propriedades
Índice de refração nD (589 nm e 20 °C)	1,5255(20)
Viscosidade	0,604 mPa·s−1 (25 °C) 152 mPa·s−1 (50 °C) 39,8 mPa·s−1 (75 °C) 14,8 mPa·s−1 (100 °C)
Coef. de dif. DAB (diluição infinita) (25 °C)	1,81 × 10−5 cm² s−1 (EtOH) 2,89 × 10−5 cm² s−1 (CHCl3) 1,02 × 10−5 cm² s−1 a 20 °C (H2O)
Absorção excessiva (espectro)	Abaixo de 280 nm
Momento de dipolo	[0]
Vel. do som	1310 m · s−1 (25 °C)
Condut. térmica	0,1411 W·m−1·K−1 (25 °C) 0,1329 W·m−1·K−1 (50 °C) 0,1247 W·m−1·K−1 (75 °C)
Ponto de fulgor (Flash point)	-11 °C
Unidades SI e CNTP, exceto onde indicado o contrário

Benzeno é um hidrocarboneto classificado como hidrocarboneto aromático, e é a base para esta classe de hidrocarbonetos: todos os aromáticos possuem um anel benzênico (benzeno), que, por isso, é também chamado de anel aromático.

Características organolépticas e uso prático

O benzeno é líquido, inflamável, incolor e tem um aroma doce e agradável. É um composto tóxico, cujos vapores, se inalados, causam tontura, dores de cabeça e até mesmo inconsciência. Se inalados em pequenas quantidades por longos períodos causam sérios problemas sangüíneos, como leucopenia.

Também é conhecido por ser carcinogênico. É uma substância usada como solvente (de iodo, enxofre, graxas, ceras, etc.) e matéria-prima básica na produção de muitos compostos orgânicos importantes como fenol, anilina, trinitrotolueno, plásticos, gasolina, borracha sintética e tintas. A benzina é uma mistura de hidrocarbonetos obtida principalmente da destilação do petróleo que possui faixa de ebulição próxima ao benzeno.

Histórico

O benzeno foi descoberto em 1825 por Michael Faraday (1791 - 1867) no gás de iluminação usado em Londres na época. Faraday é o mesmo cientista que descobriu vários fenômenos elétricos e determinou as leis da eletrólise. Em 1834, o químico Edilhardt Mitscherlich determinou a fórmula molecular do benzeno como sendo C₆H₆.

Durante muitos anos os químicos se esforçaram para descobrir como os seis átomos de carbono e os seis de hidrogênio estavam dispostos dentro da molécula do anel benzênico.

Já na metade do século XIX, vários cientistas haviam proposto diferentes fórmulas estruturais para essa molécula. Porém nenhuma dessas proposições conseguia explicar as reações apresentadas pelo benzeno. Foi então que Friedrich August Kekulé von Stradonitz, mais conhecido por apenas Kekulé (1829 - 1896), em 1865, depois de um sonho, propôs a idéia do anel hexagonal, completada no ano seguinte com a hipótese da existência de um par de estruturas em equilíbrio, com a alternância de ligações duplas.

Compostos com anel benzênico e derivados substituídos

Ver artigo principal: Hidrocarbonetos aromáticos

• Hidrocarbonetos aromáticos - são aqueles hidrocarbonetos que geralmente possuem um ou mais benzenos (ver ressonância nesta página).
• Os radicais, gerados com a perda de um hidrogênio desses hidrocarbonetos, podem ser encontrados em vários outros compostos como radicais (fenil, benzil, orto-toluil, meta-toluil, para-toluil, α-naftil, ß-naftil.)
• Outros compostos, como os fenóis, oxigenados, são também compostos por benzeno: fenol (hidróxi-benzeno), α-naftol, orto-metil-fenol, etc.

Derivados do benzeno

Muitas substâncias químicas importantes são derivados de benzeno, substituindo um ou mais dos seus átomos de hidrogênio com outro grupo funcional. Exemplos de derivados simples de benzeno são fenol, tolueno, e anilina, abreviadas em inglês como PhOH, PhMe, e PhNH₂, respectivamente. Ligando-se anéis benzênicos tem-se bifenilo, C₆H₅–C₆H₅. Posteriores perdas de hidrogênio dão hidrocarbonetos aromáticos "fundidos", tais como o naftaleno e antraceno. O limite do processo de fusão é o material livre de hidrogênio grafite.

Em heterocíclicos, átomos de carbono no anel de benzeno são substituídos com outros elementos. Os derivados mais importantes são os anéis contendo nitrogênio. Substituindo-se um CH com N obtem-se o composto piridina, C₅H₅N. Embora benzeno e piridina sejam estruturalmente relacionados, benzeno não pode ser convertido em piridina. A substituição de uma segunda ligação CH com N dará, dependendo da localização do segundo N, piridazina, pirimidina, e pirazina.

O fenômeno de ressonância no benzeno

Ressonância ou mesomeria é o fenômeno que ocorre quando um composto pode ser representado por duas ou mais fórmulas estruturais, apresentando a mesma posição para os núcleos dos átomos, mas diferindo pela posição dos elétrons que fazem parte da ligação. A estrutura mais provável é um híbrido resultante da combinação de todas as possíveis estruturas que descrevem o composto.

Cada uma das estruturas possíveis desse composto é chamada de estrutura ressonante ou canônica, e são modelos, já que a estrutura da molécula não pode ser representada por uma configuração mais simples que indique a menor entalpia e maior estabilidade da espécie química.

Um exemplo clássico é o benzeno cuja estrutura pode ser descrita como se segue:

Benzeno

As estruturas da esquerda e da direita representam formas canônica do fenômeno da ressonância encontrada no benzeno. Sua estrutura, na realidade, não é nem uma e nem outra, mas algo intermediário entre elas.

Tampouco podemos dizer que a estrutura do benzeno ora é esta ou aquela, ou seja, não há oscilação entre essas estruturas. Também não podemos dizer que o benzeno consiste de certo número de moléculas de um jeito e um certo número de moléculas do outro jeito, mas sim consiste inteiramente de uma estrutura intermediária, como já foi dito. E esta estrutura intermediária e suas propriedades não necessariamente são as médias aritméticas daquelas das estruturas canônicas. Assim, por exemplo, no benzeno a distância carbono-carbono é 1,40 A, que não é a média aritmética das distâncias das ligações simples (1,53 A) e dupla (1,30 A). A melhor representação para o benzeno, segue abaixo, com um círculo interno no hexágono indicando a ressonância.

Benzeno

De acordo com o modelo orbital, os carbonos do benzeno estão hibridizados na forma sp²: duas ligações com carbonos adjacentes e a outra com um átomo de hidrogênio; todas essas ligações são sigma, estando no mesmo plano. O carbono fica ainda com um orbital p não hibridizado, para formar ligação pi com o átomo vizinho; então compreende-se que esta ligação é estabelecida indiferentemente entre os átomos adjacentes, ou seja, estas ligações pi não têm localizações rígidas (são deslocalizadas) podendo ocorrer em qualquer parte da molécula. O mesmo ocorre com os elétrons pi: consideramos que estes elétrons estão distribuídos acima e abaixo ao longo de todo o plano que contém as ligações sigma. Daí decorre a representação moderna com um anel hexagonal, contendo um círculo no seu interior.

O sonho de Kekulé

“ Eu estava sentado à mesa a escrever o meu compêndio, mas o trabalho não rendia; os meus pensamentos estavam noutru sítio. Virei a cadeira para a lareira e comecei a dormitar. Outra vez começaram os átomos às cambalhotas em frente dos meus olhos. Desta vez os grupos mais pequenos mantinham-se modestamente à distância. A minha visão mental, aguçada por repetidas visões desta espécie, podia distinguir agora estruturas maiores com variadas conformações; longas filas, por vezes alinhadas e muito juntas; todas torcendo-se e voltando-se em movimentos serpenteantes. Mas olha! O que é aquilo? Um das serpentes tinha filado a própria cauda e a forma que fazia rodopiava troscistamente diante dos meus olhos. Como se se tivesse produzido um relâmpago, acordei;… passei o resto da noite a verificar as consequências da hipótese. Aprendamos a sonhar, senhores, pois então talvez nos apercebamos da verdade." - Augusto Kekulé, 1865. ”

Ligações externas

• «Reactividade do benzeno e de compostos aromáticos» 
• «Diferença entre o fenil e o benzil» 
• «Benzeno e derivados» 

• LIDE, David R. (ed.), TAYLOR and FRANCIS. CRC Handbook of Chemistry and Physics. 87.ed (Internet version 2007). Boca Raton, FL. Disponível em: HBCPnetbase. Acesso em: 12 Mai 2007.