Departamento de Química ICEx UFMG Exercícios de Fixação LIGAÇÃO COVALENTE

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1 Departamento de Química ICEx UFMG Exercícios de Fixação LIGAÇÃO COVALENTE

2 Questão 1 Considerando os íons NO 2+ e NO 2-, faça o que se pede: a. Represente cada um dos íons através de um número adequado de formas de ressonância. NO2 + : NO2 - : b. Quais são as ordens da ligação N-O em cada um deles? Analisando as estruturas propostas no subitem anterior, OL = 2 e OL = 1,5. c. O comprimento da ligação N-O em um desses íons é 110 pm e no outro 124 pm. Qual comprimento de ligação corresponde a qual íon? Justifique sua resposta. Sabe-se que quanto maior é a ordem de ligação, menor será a distância entre os átomos. Como NO2 + possui OL = 2, seu comprimento de ligação deve ser de 110 pm e o NO2 -, OL = 1,5, comprimento de ligação igual a 124 pm.

3 Questão 2 Sabendo que os elétrons em uma molécula devem estar distribuídos de forma que as cargas nos átomos fiquem o mais próximo possível de zero, faça o que se pede: a. Esboce a melhor estrutura de Lewis para o íon sulfito, SO3 2-, com base nas cargas formais. Deixe os cálculos indicados. CF = n de elétrons de valência do átomo livre (n de elétrons em pares isolados + 1 n de elétrons partilhados) 2 CF S = = 0 CF O = = 1 2 CF O = = 0 b. Usando o modelo da repulsão de pares de elétrons no nível de valência (RPENV) faça o esboço das geometrias dos pares de elétrons e molecular para o íon sulfito. Geometria piramidal. c. Identifique a hibridização do átomo de enxofre no íon SO3 2-. Hibridização sp 3, característica do arranjo tetraédrico. d. Em solução aquosa o íon sulfito interage com os íons H +. O H + se liga ao átomo de S ou ao átomo de O no SO3 2-? Justifique. Os íons H + devem se ligar aos átomos de oxigênio, devido a carga formal negativa desse átomo, enquanto o enxofre apresenta carga formal nula.

4 Questão 3 Complete a tabela abaixo. Para preencher a coluna Exemplo use as seguintes espécies: BrF5, ClO3 -, NO3 -, ICl2 -, BeH2. Orbitais atômicos Hibridização Arranjo geométrico Ângulo de ligação ( o ) Exemplo s + p sp Linear 180 BeH2 s + p + p sp 2 Trigonal plano 120 NO3 - s + p + p + p sp 3 Tetraédrico 109,5 ClO3 - s + p + p + p + d sp 3 d Bipirâmide trigonal 120 e 90 ICl2 - s + p + p + p + d + d sp 3 d 2 Octaédrico 90 BrF5

5 Questão 4 O formaldeído é um composto muito utilizado na indústria química. Sobre essa substância, faça o que se pede. a. Qual é a hibridação do átomo de carbono no formaldeído, CH2O? Quais orbitais formam as ligações σ nessa molécula? E as ligações π? Justifique. O formaldeído apresenta arranjo trigonal plano, portanto possui hibridização sp 2. As ligações σ são formadas pelos orbitais sp 2 e a ligação π é formada pelo orbital p não hibridizado. b. A molécula de PF3 é polar e, assim, a ligação P-F é polar. Considerando a proximidade do silício e do fósforo na tabela periódica, deveríamos esperar que a ligação Si-F também fosse polar, porém a molécula de SiF4 não possui momento dipolar. Explique a causa disso. A ligação Si-F é polar, no entanto a geometria tetraédrica da molécula SiF4 faz com que o momento dipolar seja nulo, o que não acontece na molécula PF3 que apresenta geometria piramidal e momento dipolar diferente de zero. c. O etano (C2H6), o etileno (C2H4) e o acetileno (C2H2) apresentam ligações carbono-carbono. Coloque os três compostos em ordem decrescente de energia de ligação carbono-carbono. Justifique sua resposta. C2H2 > C2H4 > C2H6. Isso ocorre porque as três moléculas apresentam ligações C-C de diferentes ordens de ligação (OL etano = 1, OL etileno = 2 e OL acetileno = 3). Como a energia de ligação cresce quando a multiplicidade da ligação aumenta, a ligação de maior energia está no acetileno e a de menor energia no etano.

6 Questão 5 O ácido sulfúrico, H2SO4, é um ácido forte muito utilizado nas indústrias de papel, corante e petroquímica. a. Desenhe a estrutura de Lewis para esse composto e calcule a carga formal de cada átomo. CF = n de elétrons de valência do átomo livre (n de elétrons em pares isolados + 1 n de elétrons partilhados) 2 CF S = = 0 CF O = = 0 CF H = = 0 b. O ácido sulfúrico apresenta baixo pka, o que indica alto grau de dissociação em meio aquoso. Ao desprotonar, um dos produtos do H2SO4 é o íon sulfato, SO4 2-. Represente quatro estruturas de ressonância para esse íon.

7 Questão 6 A acroleína, usada na fabricação de plásticos, pode ser obtida através da reação entre etileno e monóxido de carbono, conforme a equação abaixo: H H H H C C + C O C C H H H C O H a. Indique qual é a ligação carbono-carbono mais forte na molécula de acroleína. Justifique. A ligação carbono-carbono mais forte é a circulada no desenho ao lado, pois uma ligação dupla é sempre mais forte que uma ligação simples entre os mesmos átomos. Pode-se dizer ainda que a ordem de ligação dessa ligação é maior, portanto a ligação deve ser mais forte. b. Indique qual é a ligação carbono-carbono mais longa na molécula de acroleína. Justifique. A ligação carbono-carbono mais longa é a circulada no desenho ao lado, pois é sabido que uma ligação simples é sempre mais comprida que uma ligação dupla entre os mesmos átomos. Isso ocorre porque quanto mais forte é a ligação, menor é a distância entre os átomos. c. As moléculas de etileno e acroleína são apolares? Justifique. O etileno é um hidrocarboneto, portanto é apolar. A acroleína é polar porque apresenta um grupo aldeído.

8 Questão 7 Na figura abaixo estão representadas três formas geométricas para o IF3. I II III a. Com base no modelo da repulsão de pares de elétrons no nível de valência diga qual é a forma geométrica (I, II ou III) mais provável para o IF3? Explique. A forma geométrica mais provável para esse composto é III, pois os pares de elétrons não compartilhados tendem a assumir posição equatorial, de modo a mitigar a repulsão das ligações químicas. b. Complete a tabela abaixo. Espécie Estrutura de Lewis Geometria Molecular (desenho e nome da geometria) Hibridação do átomo central COCl2 Trigonal planar sp 2 AsF5 sp 3 d Bipirâmide trigonal PCl6 - sp 3 d 2 Octaédrica

9 Questão 8 Considere as moléculas isoeletrônicas CH4, NH3 e H2O e seus respectivos ângulos de ligação, iguais a 109,5º, 107º e 104,5º. a. Proponha estruturas geométricas para as três moléculas. Faça os desenhos correspondentes. Geometria tetraédrica Geometria piramidal Geometria angular b. Justifique a tendência observada nos valores dos ângulos de ligação. O metano possui quatro ligantes e nenhum par de elétrons livres, enquanto a amônia apresenta três ligantes e um par de elétrons não ligantes e a água, dois ligantes e dois pares de elétrons livres. Analisando nessa ordem, observa-se uma diminuição dos ângulos de ligação. Isso ocorre devido ao número crescente de elétrons não ligantes que causam uma grande repulsão na molécula, alterando, portanto, sua geometria. c. Sugira hibridações compatíveis com a geometria de cada espécie. Apesar das diferentes geometrias, os três compostos apresentam o mesmo arranjo de elétrons, arranjo tetraédrico, como mostrado pelas figuras abaixo. A hibridização compatível com esse arranjo é o sp 3.