Aula 1 Matéria. átomos ou moléculas segue um padrão; caso contrário, são chamados de amorfos.

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1 Aula 1 Matéria A Química é estud da matéria: sua cmpsiçã, estrutura, prpriedades, as transfrmações pelas quais ela passa durante as reações químicas e sua relaçã cm a energia. Didaticamente, a Química cstuma ser separada em quatr áreas: Química Inrgânica (que estuda s cmpsts inrgânics e rganmetálics), Química Orgânica (que estuda s cmpsts derivads d carbn), Química Analítica (que estuda a cmpsiçã química de amstras diversas) e a Físic-Química (que estuda as prpriedades da matéria). Apesar da separaçã, as disciplinas interagem entre si amplamente. Pr exempl, pde-se fazer a análise da estrutura de um cmpst rgânic (mescland as Químicas Orgânica e Analítica) u estudar as prpriedades de um cmpst inrgânic (misturand a Química Inrgânica e a Físic-Química). átms u mléculas segue um padrã; cas cntrári, sã chamads de amrfs. Sólid cristalin Sólid amrf Estad líquid N estad líquid a substancia tem vlume definid, mas frma variável. Existe uma liberdade mair de mviment entre s átms u mléculas, permitind a variaçã da frma. O estud da Química cmeça cm as prpriedades e cnceits básics da matéria. Estad Físics As substâncias pdem ser encntradas em 3 estads físics u fases: sólid (cm menr energia), líquid u gass (cm mair energia). O estad físic é determinad pela pressã, temperatura e estrutura da substância. Estad sólid N estad sólid a substância tem vlume e frma definids. Os átms u mléculas da substância na fase sólida têm puca liberdade de mviment (estã mais rígids, que faz cm que a frma seja definida). Os sólids sã chamads de cristalins quand arranj ds Líquid Estad gass N estad gass as mléculas u átms da substância estã livres. Tant a frma quant vlume sã variáveis e dependem d recipiente nde gás está cnfinad. Uma substância n estad gass sempre cupa td vlume d recipiente que cntém. Gás 1

2 Mudanças de estad As mudanças de estad acntecem quand existem mudanças na temperatura u na pressã da substância. Mudanças de fase: 1) sublimaçã; 2) fusã; 3) vaprizaçã; 4) slidificaçã; 5) liquefaçã Classificaçã da matéria Substância pura Substâncias puras sã aquelas frmadas pr apenas pr mléculas da mesma substância (pr exempl, smente mléculas de água u smmente mléculas de xigêni). Têm pnts de fusã e de ebuliçã cnstantes. As substâncias puras pdem ser simples (de apenas um únic element, cm O 2 ) u cmpstas (de mais de um element, cm a H 2 O). é. D mesm md, as misturas sã chamadas eutéticas se pnt de fusã é cnstante, mas de ebuliçã nã é. As misturas pdem ser classificadas em hmgêneas u hetergêneas. As misturas hmgêneas sã aquelas que só pssuem uma fase. Exempls.: H 2 O + álcl; H 2 O + O 2 (disslvid); H 2 O + NaCl (disslvd); qualquer mistura de gases. As misturas hetergêneas sã aquelas que apresentam mais de uma fase. Exempls: H 2 O + azeite; água + areia, álcl + gel. Sistemas Sistema é a parte d univers que nós esclhems para estudar. O sistema tem duas regiões imprtantes, a frnteira e a vizinhança. A frnteira é a área em que sistema está delimitad, enquant a vizinhança é a regiã exterir à frnteira. Misturas Cm nme sugere, as misturas sã sistemas cmpsts de mais de uma substância pura. Cada substância pura de uma mistura é chamada de cmpnente. As misturas pssuem cmpsiçã, pnt de fusã e pnt de ebuliçã variáveis. Sã chamadas azetrópicas quand pnt de ebuliçã é cnstante, mas de fusã nã Sistema abert O sistema abert é aquele que pde trcar energia (calr) e matéria cm a vizinhança. Exempls: um cp de água; crp human, uma sala de aula. 2

3 Sistema abert: tant a matéria (azul) quant a energia (vermelh) pdem entrar e sair d sistema. Sistema islad: nem a matéria (azul) nem energia (vermelh) pdem entrar u sair d sistema. Transfrmações da matéria Fenômens físics Ns fenômens físics, a cmpsiçã da matéria nã muda. Estes prcesss pdem ser reversíveis (cm derretiment de um pedaç de gel) u irreversíveis (cm rasgar um pedaç de papel) Sistema fechad O sistema fechad é aquele que nã permite a trca de matéria cm a vizinhança, mas ainda permite que a energia entre u saia. Exempls: uma garrafa fechada; uma blsa de gel. Sistema fechad: a energia (vermelh) pde entrar e sair d sistema, mas a matéria, nã. Sistema islad O sistema islad nã permite a trca nem de energia nem de matéria cm a vizinhança. O sistema islad perfeit só existe na teria, embra algumas situações práticas se aprximem bastante d ideal. Exempl: garrafa térmica. Fenômens químics Prcesss químics sã aqueles em que a cmpsiçã da matéria se mdifica, ist é, sã aqueles em que crre reaçã química. Exempls: a queima de um palit de fósfr; a transfrmaçã d açúcar em caramel; a neutralizaçã de um ácid. Separaçã de misturas Os cmpnentes ds sistemas hetergênes geralmente sã mais fáceis de serem separads d que aqueles de sistemas hmgênes. Os métds mais cmuns de separaçã de misturas sã s seguintes: Mistura hetergênea Decantaçã: usada para separar líquids imiscíveis (que nã se 3

4 misturam) u um sólid precipitad em líquid. a) b) a) Separaçã de óle (cima) e água (baix). b) Separaçã de areia (grãs) e água. Filtraçã: cm nme sugere, cnsiste em filtrar um sólid de um líquid. Centrifugaçã: semelhante à decantaçã, mas utiliza a frça centrífuga para acelerar prcess. Tamisaçã: também cnhecid cm peneirament, cnsiste em separar sólids cm uma peneira. Separaçã magnética: utiliza-se de um ímã para separar sólids magnétics de nã-magnétics. Mistura hmgênea Destilaçã simples: separa dis líquids cm pnts de ebuliçã diferentes u um sólid disslvid em um líquid através da evapraçã (ebuliçã) d líquid mais vlátil, pdend haver uma cndensaçã psterir d líquid evaprad. Destilaçã fracinada: separa váris líquids cm diferentes pnts de ebuliçã através da evapraçã e cndensaçã a diferentes temperaturas. Exercícis 1) Uma pessa cmpru um frasc de álcl anidr. Para se certificar de que cnteúd d frasc nã fi fraudad cm a adiçã de água, basta que ela determine, cm exatidã, I. a densidade II. vlume III. a temperatura de ebuliçã IV. a massa Dessas afirmações, sã crretas SOMENTE a. I e II b. I e III c. I e IV d. II e III e. III e IV 2) (UFPR) Numa prveta de 100 ml, fram clcads 25 ml de CCl 4, 25 ml de agua destilada e 25 ml de tluen (C 7 H 8 ). A seguir, fi adicinada uma pequena quantidade de id slid (I 2 ) a sistema. O aspect final pde ser vist na figura a seguir: Pde-se dizer que númer de fases, númer de cmpnentes e númer de elements químics presentes n sistema esquematizad é de: a. 3, 4 e 6. b. 1, 3 e 5. c. 1, 5 e 6. d. 3, 4 e 5. e. 2, 3 e 5. 3) O sr hspitalar é frmad pr uma sluçã aqusa de clret de sódi e glicse. Esse sistema apresenta: a. uma fase e um cmpnente. 4

5 b. três fases e um cmpnente. c. uma fase e dis cmpnentes. d. três fases e três cmpnentes. e. uma fase e três cmpnentes. 5) (ITA) Assinale a pçã que cntém a afirmaçã ERRADA relativa à curva de resfriament apresentada a seguir. 4) Um jalheir pssui uma barra metálica cnstituída de uma liga ur-cbre. Desejand separar e quantificar s dis metais, slicitu a um químic que realizasse s prcediments necessáris. Para a separaçã e quantificaçã de cada um ds metais desta barra, utilizand s reagentes em quantidades estequimétricas, fram realizads s seguintes prcediments: Dads: Massas mlares (g/ml): H=1; N=14; O=16; Cu=64; Zn=65; Au=197 Cm base nas etapas 1, 2, 3 e 4, cnsidere as afirmativas a seguir. I. O prcediment utilizad na etapa 1 é denminad dissluçã fracinada. II. O sólid X recuperad na etapa 2 pssui massa mlar 64 g/ml. III. As sluções A e B, das etapas 2 e 4, após a filtraçã, sã misturas hmgêneas. IV. O Zn em pó, da etapa 3, está atuand cm um agente xidante. Estã crretas apenas as afirmativas: a. I e II. b. I e III. c. III e IV. d. I, II e IV. e. II, III e IV. a. A curva pde representar resfriament de uma mistura eutética. b. A curva pde representar resfriament de uma substância sólida, que apresenta uma única frma cristalina. c. A curva pde representar resfriament de uma mistura azetrópica. d. A curva pde representar resfriament de um líquid cnstituíd pr uma substância pura. e. A curva pde representar resfriament de uma mistura líquida de duas substâncias que sã cmpletamente miscíveis n estad sólid. 5

6 Aula 2 O átm Na antiguidade clássica acreditava-se que a matéria pderia ser dividida em pedaçs cada vez menres até um cert limite, que de tã pequen seria invisível. Esse pequen pedaç da matéria fi chamad de átm (que, em greg, significa indivisível). Em 1808, prfessr Jhn Daltn prpôs mdel da bla de bilhar. Segund este mdel, s átms seriam esferas maciças, indestrutíveis, indivisíveis e sem carga. Tds s átms de um mesm element seriam idêntics, e átms de elements diferentes pderiam se cmbinar para frmar as diferentes espécies químicas. Em 1897, físic J. J. Thmsn descbriu que s átms nã sã estruturas maciças sem carga, mas que pssuíam partículas carregadas menres d que átm de hidrgêni. Ele acreditava que estas partículas negativas estavam distribuídas em uma esfera psitiva. Pr ist, mdel prpst pr Thmsn ficu cnhecid cm pudim de passas. 14 ans mais tarde, barã Ernest Rutherfrd, durante seus experiments cm radiatividade, percebeu que rai d átm era muit mair d que seu núcle, que parecia pssuir carga psitiva. Assim, Rutherfrd cncluiu que núcle pssuía partículas psitivas (prótns) e que as partículas negativas (elétrns) estariam rbitand em vlta d núcle cm s planetas rbitam em vlta d sl. Apesar de bastante avançad, mdel de Rutherfrd pssuía alguns defeits. Se núcle é psitiv e s elétrns, negativs, cm eles nã acabam se atraind um a utr? A respsta, cm fi descberta pel físic dinamarquês Niels Bhr, é que s elétrns estã rganizads em rbitais específics, cada um cm uma determinada distância d núcle. Cada rbital está assciad a uma quantidade de energia, e para saltar de um rbital para utr elétrn precisaria ganhar u perder uma quantidade certa de energia. a) b) c) d) Mdels atômics. N centr, as partículas psitivas e a redr, as negativas. a) Bla de bilhar; b) pudim de passas; c) mdel planetári; d) mdel de camadas. Partículas sub-atômicas Sabe-se atualmente que s átms sã cmpsts de 3 tips de partículas subatômicas: prótns, nêutrns e elétrns. Prótns (p + ) Os prótns sã partículas lcalizadas n núcle. Elas pssuem massa de aprximadamente 1 u (u = unidade de massa atômica 1,66 x kg) e têm carga elétrica psitiva. Nêutrns (n 0 ) Também se encntram n núcle, pssuem massa 1 u, mas é ligeiramente mais pesad d que prótn (mas essa diferença é desprezível). Cm 6

7 nme sugere, nêutrn nã tem carga elétrica, u seja, é eletricamente neutr. Elétrns (e - ) Os elétrns sã as partículas que estã a redr d núcle em órbitas definidas, lcalizadas na eletrsfera. Eles têm massa desprezível (aprximadamente 1/1836 vezes a massa d prótn) e pssuem carga elétrica negativa. Númer atômic e númer de massa Cada element está representad pr um númer atômic (Z) exclusiv. Nã existem dis elements cm mesm númer atômic, assim cm nã pde haver 2 átms d mesm element cm númers atômics diferentes. O númer atômic é definid cm send númer de prótns d element. O átm de ur sempre pssui 79 prótns, entã númer atômic d ur é 79. O númer de massa (A) é a sma d númer de prótns cm númer de nêutrns. A cntrári d númer atômic, númer de massa nã é fix. Ist acntece prque númer de nêutrns nã precisa ser sempre mesm para cada element. Exempl: númer atômic d carbn é 6. A mair parte ds átms de carbn d mund tem 6 nêutrns, entã seu númer de massa é 12. Prém, cerca de 1% ds átms de carbn pssuem 7 nêutrns, e prtant seu númer de massa é 13. Representaçã de um element. E: símbl d element. A: númer de massa. Z: númer atômic. Isótps, isóbars, isótns Isótps Isótps sã átms d mesm element (ist é, cm mesm Z) que pssuem númers de massa diferentes. Ou seja, eles pssuem A diferentes, mas tds têm mesm númer de prótns (isótps). Exempl: 12 6 C e 13 6C. Isóbars Isóbars sã átms de elements diferentes (ist é, cm númer de prótns diferentes) que pssuem númer de massa igual. Ou seja, eles pssuem Z diferentes, mas pssuem A igual (isóbars). Exempl: 40 19K e 40 20Ca. Isótns Isótns sã átms de elements diferentes (cm Z diferentes), númers de massa diferentes (A diferentes) mas que pssuem mesm númer de nêutrns (isótns). Ou seja, A Z = n é igual ns dis átms. Exempl: 55 25Mn (55 25 = 30) e 56 26Fe (56 26 = 30). Exercícis 1) Indique númer atômic, númer de massa e númer de nêutrns ns átms a seguir: 51 a. 23 V 7

8 b. c. d. e Os Os U 7 3 Li 2) Indicar númer de prótns, nêutrns e elétrns nas espécies a seguir: a Mn +6 b Mn +3 c N d Ne e F - f. 3) Um átm X é iseletrônic d sal de czinha (NaCl) e isótn da espécie Fe 2+. Qual é a massa d átm X? 4) Sabend-se que existem três isótps de hidrgêni ( 1 1H, 2 1H e 3 1H) e dis de xigêni ( 16 8O e 18 8O), qual é númer de nêutrns impssível de ser encntrad numa mlécula de água? a. 8 b. 10 c. 12 d. 14 e. 16 5) Dentre s fats abaix, assinale que é explicad pels mdels atômics de Daltn e de Rutherfrd simultaneamente. a. A cnduçã de crrente elétrica pels metais n estad sólid. b. A radiatividade encntrada ns minéris de urâni. c. A massa d átm de hidrgêni ser menr d que a massa d átm de xigêni. d. A massa atômica de um element ser a média pnderada das massas de seus isótps. e. A cndutividade elétrica da água d mar. 6) (UFPR) Desde a primeira prduçã artificial de um element químic, tecnéci, em 1937, pr Perrier e Segre, na Itália, a tabela periódica tem sid estendida através de sínteses de nvs elements. O element 111, rentgêni (Rg), fi descbert em 1994 pel labratóri d GSI em Darmstadt, Alemanha. A se bmbardear um isótp de bismut cm núcles de níquel, prduziu-se isótp 272 de rentgêni mais um nêutrn, cm na equaçã abaix: A B Bi Ni Rg + 1 0n O núcle d rentgêni frmad é instável, e pr decaiment alfa transfrma-se em meitnéri (Mt), cm representad na seguinte equaçã: Rg C DMt + 4 2α Cm base nessas infrmações, assinale a alternativa crreta. a. O Mt prduzid tem númer atômic 109 (D) e númer de massa 270 (C). b. O Bi e Mt têm, respectivamente, númers atômics 83 e 113. c. O Bi utilizad tem númer atômic 83 (B) e númer de massa 208 (A). d. O Bi e Mt têm, respectivamente, númers de massa 209 e 268. e. O Rg tem 111 prótns e 272 nêutrns. 8

9 Aula 3 Prpriedades periódicas O ser human tem a necessidade de rganizar as cisas em grups semelhantes. Ele agrupa s seres vivs, s livrs, s astrs, as músicas, tud que se cnhece. Nã fi diferente quand ser human descbriu s elements químics. Huve várias tentativas de rganizar s elements, e a mais bem sucedida fi a tabela prpsta pel químic russ Dmitri Mendeleev em A tabela periódica de Mendeleev é cmpsta de 18 grups, rientads na vertical e dividids em 7 períds hrizntais. Chama-se tabela periódica prque está rganizada de md que elements cm cmprtament químic semelhante se repitam peridicamente. Prpriedades periódicas Pdems utilizar a tabela para prever certas prpriedades ds elements, de acrd cm cmprtament da prpriedade cnfrme element se encntra mais à direita u mais à esquerda, mais acima u mais abaix na tabela. Estas prpriedades sã as chamadas prpriedades periódicas. Rai atômic Apesar de ter nme de arma futurística, rai atômic é na verdade a distância entre a brda da eletrsfera e núcle. Ele aumenta da direita para a esquerda, de cima para baix. Além diss, s cátins têm rai menr d que element neutr, e s ânins têm rai mair. Eletrnegatividade É a frça cm que átm atrai elétrns para si, u seja, de ficar eletricamente negativ. Afinidade eletrônica A afinidade eletrônica é a energia liberada pr um átm szinh n estad gass quand ganha um elétrn. É parecida cm a eletrnegatividade, prque em ambs s cass a medida é mair cnfrme átm gsta mais de receber elétrns. Prém, a eletrnegatividade mede a frça cm que átm puxa s elétrns em uma ligaçã, e a afinidade eletrônica é medida em um átm nã-ligad. Pnts de fusã e ebuliçã Já fram discutids em utra aula. Vcê deve prestar atençã ns grups 1 e 2 9

10 (familias 1A e 2A), que sã exceções. períds na tabela: s elements de cada períd têm sempre a mesma camada de valência. Essas camadas pdem ter um númer máxim de elétrns, cm mstra a tabela abaix: Densidade A densidade é a medida de quanta matéria existe pr unidade de vlume., nde d é a densidade, m é a massa e v, vlume. Ptencial de inizaçã É a energia necessária para arrancar um elétrn d átm n estad gass. Camada Nº máxim de elétrns K 2 L 8 M 18 N 32 O 32 P 18 Q 8 Estudand estas camadas, Linus Pauling percebeu que s elétrns estavam lcalizads em sub-camadas energéticas, s chamads rbitais s, p, d e f. Sabems que cada rbital só pde cupar n máxim 2 elétrns, e que para cada camada existe n máxim 1 rbital s (cmprtand 2 elétrns), 3 rbitais p (cm 6 elétrns n ttal), 5 rbitais d (smand 10 elétrns) e 7 rbitais f (send cupads pr até 14 elétrns). Cmbinand as camadas e as subcamadas, a distribuiçã eletrônica agra fica assim: Distribuiçã eletrônica Já sabems que s elétrns estã em camadas específicas a redr d átm. O que ainda nã fi dit é que existem 7 camadas, assim cm existem 7 períds na tabela periódica. A camada de valência, a mais externa d átm e mais distante d núcle, é respnsável pr muitas das características d átm. Prtant, nã é cincidência que existam tantas camadas quant Camada Nível Subnível e - s 2 p 6 d 10 f 14 K 1 1s 2 L 2 2s 2p 8 M 3 3s 3p 3d 18 N 4 4s 4p 4d 4f 32 O 5 5s 5p 5d 5f 32 P 6 6s 6p 6d 18 Q 7 7s 7p 8 Pauling percebeu que s rbitais eram cupads um de cada vez, de acrd cm nível de energia de cada um, d mens energétic para mais energétic. O diagrama que mstra a 10

11 rdem crescente de energia ds rbitais ficu cnhecid cm diagrama de Pauling. Exercícis 1) O períd e grup na tabela periódica de um element cm a cnfiguraçã eletrônica 1s² 2s² 2p 6 3s 2 3p³ sã, respectivamente: a. 1 IIB b. 3 VA c. 2 IIIA d. 6 IIIA e. 3 IIB 2) Faça a distribuiçã eletrônica das seguintes espécies: a. 20 Ca b. 16 S c. 9 F d. 6 C e. 3 Li f. 18 Ar g. 4 Be 2+ h. 11 Na + i. 17 Cl - j. 21 Sc k. 58 Ce l. 42 M 3) Cnsiderand as prpriedades ds elements químics e a Tabela Periódica, é incrret afirmar que: a. Um metal é uma substância dúctil e maleável que cnduz crrrente elétrica. b. Nã-metais pdem ser encntrads na natureza ns estads sólid, líquid e gass. c. A mairia ds elements químics sã metais. d. Os gases nbres sã mnatômics e. Pr estar n grup 1 (familia 1A), hidrgêni é um metal. 4) Num mesm períd, element de menr númer atômic tem mair rai, assim cm element de mair Z tem menr rai. Explique que causa essa diferença. 5) (UFPR) Cnsidera-se que quatrze elements químics metálics sã essenciais para crret funcinament d rganism, prtant indispensáveis para manter a saúde. Os referids elements estã listads na tabela a seguir: Metal Símbl Númer Atômic Sódi Na 11 Magnési Mg 12 Ptássi K 19 Cálci Ca 20 Vanádi V 23 Crm Cr 24 Manganês Mn 25 Ferr Fe 26 Cbalt C 27 Níquel Ni 28 Cbre Cu 29 Zinc Zn 30 Mlibdêni M 42 Estanh Sn 50 11

12 Cm base na distribuiçã eletrônica ds átms desses metais n estad fundamental, assinale a alternativa crreta. a. K, Ca, V, Cr, Mn, Fe, C e Ni sã elements que apresentam elétrn mais energétic em rbitais d e sã pr iss cnhecids cm metais de transiçã. b. Mg e Ca pertencem a mesm grup u família da Tabela Periódica. c. A camada de valência de K pssui a cnfiguraçã 3s 2 3p 6 3d 1. d. M e Sn pssuem elétrns em subnível f. e. Tds s elements citads pssuem subníveis preenchids parcialmente. 6) (UFPR) O gráfic a seguir crrespnde à tendência da primeira energia de inizaçã em funçã d númer atômic d element, d hidrgêni (Z = 1) a radôni (Z = 86). A energia de inizaçã crrespnde à energia necessária para remver um elétrn d átm neutr. 3. A energia de inizaçã d flúr é mair que a d argôni, d criptôni e d xenôni. 4. As energias de inizaçã ds elements d grup 18 (gases nbres) sã inferires às energias de inizaçã ds metais de transiçã. Assinale a alternativa crreta. a. Smente as afirmativas 1 e 2 sã verdadeiras. b. Smente as afirmativas 1, 3 e 4 sã verdadeiras. c. Smente as afirmativas 1 e 3 sã verdadeiras. d. Smente as afirmativas 2, 3 e 4 sã verdadeiras. e. Smente as afirmativas 2 e 4 sã verdadeiras. Acerca d tema, cnsidere as afirmativas a seguir: 1. A energia de inizaçã tende a diminuir n grup e aumentar n períd. 2. A energia de inizaçã d hidrgêni é mair que a d héli. 12

13 Aula 4 Ligações químicas As ligações iônicas acntecem prque s átms szinhs nã sã estáveis. Eles buscam a estabilidade através das ligações cm utrs átms frmand mléculas u sólids iônics. Para explicar a frmaçã das ligações, Lewis criu a regra d ctet: para um átm ser estável, ele precisa ter 8 elétrns na camada de valência, cm s gases nbres. Existem exceções à esta regra, cm H e He, que precisam de apenas 2 elétrns na camada de valência para estarem estáveis. Dependend de cm s elétrns se cmprtem na ligaçã, pdems classificá-las cm ligaçã iônica, ligaçã dativa u ligaçã metálica. Ligaçã iônica Assim cm pl psitiv de um ímã atrái pl negativ de utr ímã, um átm carregad psitivamente (ín psitiv u cátin) atrái um átm carregad negativamente (ín negativ u ânin). Metais sã elements cm baixa eletrnegatividade e baixa energia de inizaçã. Iss quer dizer que eles perdem elétrns cm facilidade. Pr utr lad, um ametal, principalmente s halgênis (familia VIIA) têm alta eletrnegatividade e energia de inizaçã, u seja, rubam elétrns cm facilidade. Quand um metal perde ( da ) um elétrn para um ametal u hidrgêni, ele fica cm númer de elétrns menr d que númer de prótns. Cm iss, a carga d metal fica psitiva. D mesm md, cm númer de elétrns d ametal fica mair d que númer de prótns, a carga d ametal fica negativa. Cm cargas pstas se atráem, s íns ficam ligads pela atraçã eletrstática. Chamams esse tip de ligaçã de ligaçã iônica. Quants elétrns um átm vai ganhar u perder? Iss depende de quants elétrns ele tem na camada de valência (a camada eletrônica mais externa). Se metal tem 2 elétrns na camada de valência, é mais vantajs ele perder esses dis elétrns (e a camada tda) d que ter que ganhar 6 elétrns, ainda mais cm uma eletrnegatividade tã baixa. D mesm md, é melhr para um halgêni, que tem 7 elétrns na camada de valência, ganhar um elétrn d que ter que perder 7, ainda mais cm a alta energia de inizaçã que s halgênis têm. A) B) Ligaçã iônica: Na (esquerda) da um elétrn para Cl (direita). O prdut frmad pr ligaçã iônica tem alt pnt de fusã e ebuliçã, é um sólid cristalin em temperatura ambiente e é um bm cndutr de eletricidade se estiver fundid u em sluçã aqusa. 13

14 A) Ligaçã cvalente Nas ligações cvalentes, a diferença de eletrnegatividade entre s átms envlvids nã é tã grande. Assim, s elétrns nã sã ttalmente perdids u ganhads, mas sã cmpartilhads entre s átms. Os átms cm elétrns faltand para cmpletar ctet se aprximam um d utr para que s elétrns que estã faltand pssam circular entre um átm e utr, ficand n mei d caminh entre s átms para que s dis pssam aprveitar e se estabilizar. pert de sí d que s utrs. Cm par de e - fica mais próxim de um átm d que d utr, dizems que a ligaçã é cvalente plar. HCl, uma mlécula plar Ligações aplares sã aquelas em que s átms envlvid têm a mesma eletrnegatividade, send geralmente cmpstas de átms d mesm element. Algumas mléculas aplares sã frmadas pr ligações plares. Nesses cass, a simetria dessas mléculas cmpensa a distribuiçã desigual de elétrns. B) Mlécula aplar: O 2. A) representaçã ds elétrns. B) representaçã em bastã das ligações cvalentes. Dis átms de flúr se aprximam e cmpartilham um par de elétrns, frmand a mlécula F 2 A ligaçã cvalente dá rigem a mléculas, que pdem ser encntradas ns três estads físics. As mléculas pdem ser plares u aplares. Mléculas plares sã aquelas em que s elétrns nã estã distribuids igualmente. Apesar de s elétrns serem cmpartilhads pels átms envlvids, um ds átms apresenta uma eletrnegatividade mair, entã ele puxa s elétrns para mais Mlécula aplar de ligações plares: CO 2. Exercícis 1) Em uma ligaçã química em que há grande diferença de eletrnegatividade entre s átms, irá crrer a frmaçã de cmpsts: a. Mleculares. b. De baix pnt de fusã. 14

15 c. Nã-cndutres de crrente elétrica quand fundids. d. Inslúveis em água. e. Que apresentam retícul cristalin. 2) Dentre as seguintes prpriedades das substâncias: I elevada temperatura de fusã; II ba cndutividade elétrica n estad sólid; III frmaçã de sluçã aqusa cndutra de crrente elétrica; IV elevada slubilidade em líquids plares. Quais caracterizam cmpsts iônics? a. I e II b. I e III c. II e III d. II e IV e. III e IV 3) Quants átms de clr se cmbinam cm um element qualquer da familia IIA da Tabela Periódica? a. 1 b. 2 c. 3 d. 4 e. 5 4) Átms d element A (Z = 12) cmbinaram-se cm átms d element B (Z = 15). A fórmula d cmpst frmad é: a. AB b. A 2 B 3 c. A 3 B 2 d. AB 2 e. A 3 B Cm base na Tabela Periódica, escreva a fóruma d sal frmad pel halgêni mais eletrnegativ e metal alcalin terrs citad pr Gilbert Gil na letra de Quanta, indicand tip de ligaçã química d sal frmad. 6) (UFPR) Um determinad element A apresenta a seguinte distribuiçã eletrônica: 1s² 2s² 2p 6 3s² 3p 6 4s¹. Que tip de ligaçã element A faz cm utr element (B) que pssui númer atômic igual a 35? Justifique. 7) (ITA) Uma determinada substância apresenta as seguintes prpriedades físic-químicas: I O estad físic mais estável a 25 ºC e 1 atm é sólid. II N estad sólid apresenta estrutura cristalina. III A cndutividade elétrica é praticamente nula n estad físic mais estável a 25 ºC e 1 atm. IV A cndutividade elétrica é alta n estad líquid. A alternativa relativa à substância que apresenta tdas as prpriedades acima é /a: a. Pliacetilen b. Brmet de sódi c. Id d. Silíci e. Grafita 5) QUANTA (Gilbert Gil) Fragment infinitésim Quase apenas mental Quantum granulad n mel Quantum ndulad d sal Mel de urâni, sal de rádi Qualquer cisa quase ideal 15

16 Aula 5 Hibridizaçã d carbn Sabe-se que carbn é um átm tetravalente, u seja, capaz de frmar 4 ligações químicas. Pde fazer 4 ligações simples, 2 simples e uma dupla, duas duplas u até uma ligaçã tripla e uma simples. Mas carbn sempre faz 4 ligações. Quem fizer a distribuiçã eletrônica d 6C vai ver que ela termina em 2s² 2p². Ora, sabems que rbital s só pde abrigar 2 elétrns (prtant, nã tem espaç pra mais nenhum n rbital 2s d C). Os rbitais p, pr sua vez pdem cupar 6 elétrns n máxim. Mas, pela lei de Hund, smente 2 rbitais estã dispníveis para cmpartilhar seus elétrns e fazer ligações cvalentes. 2s 2p x 2p y 2p z Cm é pssível, entã, que carbn faça tdas aquelas ligações? O segred está na hibridizaçã. O nme hibridizaçã vem da palavra híbrid, mistura. Iss prque s rbitais 2s e 2p d carbn se misturam (hibridizam) para frmar rbitais nvs, que pdem fazer tdas aquelas ligações cvalentes. Hibridizaçã sp³ Uma frma de explicar metan (CH 4 ) seria dizer que um elétrn d rbital 2s pulu pra um rbital 2p. 2s 2p x 2p y 2p z Iss, prém, daria riem a 3 rbitais iguais e um diferente, e nós sabems que as 4 ligações sã iguais. Lembre-se que s elétrns ds rbitais p têm mais energia d que s elétrns d rbital s. O que acntece é que s rbitais p sã hibridads (u hibridizads, misturads ) cm s 3 rbitais p, dand rigem a 4 rbitais sp³. 1 rbital s + 3 rbitais p (4 rbitais n ttal) 4 rbitais sp³ (s: 1; p: 3) 2sp³ 2sp³ 2sp³ 2sp³ Os rbitais sp³ têm ânguls de 109º entre sí e sã tetraédrics (tetraedr é uma pirâmide de base triangular). Hibridizaçã sp² D mesm md que a hibridizaçã sp³ é uma mistura d rbital s e 3 rbitais p, a hibridizaçã sp² é a mistura d rbital s cm 2 rbitais p, deixand rbital p que sbru livre pra fazer uma ligaçã dupla. É cas d metanal, H 2 C=O. 1 s + 3 p 3 sp² + 1 p 2sp² 2sp² 2sp² 2p A gemetria da hibridaçã sp² é plana, triangular, cm ânguls de 120º entre uma ligaçã e utra. O rbital p que sbra fica perpendicular a plan das ligações sp², ist é, atravessa fazend um ângul de 90º cm plan. Metanal, hibridizaçã sp². A linha pntilhada representa eix d rbital p (que está send usad para frmar a ligaçã dupla). Em azul, plan ds rbitais sp². 16

17 Hibridaçã sp A mesma cisa acntece cm s rbitais sp. A sma de um rbital s mais um rbital p dá rigem a 2 rbitais sp: 1 s + 3 p 2 sp + 2 p 2sp 2sp 2p 2p A gemetria ds rbitais sp é simples: eles estã em linha reta num eix, separads pr um ângul de 180º. É justamente cas d CO 2, pr exempl, que é linear. Os rbitais p que sbram ficam perpendiculares (em 90º) em relaçã as utrs rbitais, e pdem ser usads para frmar 2 ligações duplas u uma ligaçã tripla. manter as ligações cm mair ângul pssível. 2sp³ 2sp³ 2sp³ 2sp³ Exercícis 1) (ITA) A(s) ligaçã(ões) carbnhidrgêni existente(s) na mlécula de metan (CH 4 ) pde(m) ser interpretada(s) cm send frmada(s) pela interpenetraçã frntal ds rbitais atômics s d átm de hidrgêni cm s seguintes rbitais atômics d átm de carbn: a. Quatr rbitais p b. Quatr rbitais híbrids sp³ c. Um rbital híbrid sp³ d. Um rbital s e três rbitais p e. Um rbital p e três rbitais s CO 2, hibridizaçã sp. As linhas pntilhadas representam s eixs ds rbitais p, que estã send usads para fazer as ligações duplas. Hibridaçã em utrs átms Outrs átms também pdem ter rbitais híbrids. O nitrgêni, pr exempl, tem camada de valência 2s² 2p³. 2s 2p x 2p y 2p z 2) As ligações químicas ns cmpsts rgânics pdem ser d tip σ u π. A ligaçã σ é frmada pela interaçã de dis rbitais atômics, segund eix que une s dis átms, a pass que na ligaçã π, a interaçã ds rbitais atômics se faz segund plan que cntém eix da ligaçã. A princípi, ele pderia frmar NH 3 simplesmente preenchend s rbitais 2p, mas que se bserva é que ângul entre as ligações é de cerca de 107º, próxim a ângul frmad pelas ligações d carbn sp³. Iss acntece prque nitrgêni d NH 3 tamém é hibridizad sp³. Na próxima aula verems prque é melhr para átm Na estrutura representada acima, tem-se: a. 2 ligações e 6 ligações b. 2 ligações e 8 ligações c. 4 ligações e 4 ligações d. 6 ligações e 2 ligações e. 8 ligações e 2 ligações 3) O prpen, a seguir representad, é um hidrcarbnet insaturad, 17

18 cnstituind-se em matéria-prima imprtante para a fabricaçã de plástics. Sbre esse cmpst, pdems afirmar que a. s carbns C1 e C2 apresentam hibridizaçã sp, enquant carbn C3 apresenta hibridizaçã sp3. b. a ligaçã entre s carbns C2 e C3 é d tip sigma () e resulta da cmbinaçã entre um rbital atômic p pur e um rbital atômic híbrid sp3. c. ângul de ligaçã θ entre s hidrgênis d carbn C1 é de 109,5. d. a ligaçã dupla entre s carbns C1 e C2 é cnstituída pr uma ligaçã pi () e uma ligaçã sigma (). e. a ligaçã entre s carbns C2 e C3 é mais curta que a ligaçã entre s carbns C1 e C2. cmpsts, apresentam, respectivamente, ligações: Númers atômics: H = 1; C = 6; O = 8 a. π e σs. b. π e σs-sp 3. c. π e σs-p. d. σs e π. e. σs-sp 3 e π. 6) O gás carbônic e a água resultantes na reaçã de cmbustã têm, respectivamente, as fórmulas estruturais planas representadas na figura a seguir, as quais permitem entendiment de que, de acrd cm mdel atual, em suas mléculas existem a. 6 ligações cvalentes plares, send 2 pi e 4 sigma. b. 6 ligações cvalentes plares, send 4 pi e 2 sigma. c. 4 ligações cvalentes aplares sigma. d. 4 ligações cvalentes aplares pi. e. 4 ligações cvalentes plares, send 2 pi e 2 sigma. 4) (PUCPR) A acetna (H3C-CO-CH3), um imprtante slvente rgânic, apresenta ns seus carbns, respectivamente, s seguintes tips de hibridaçã: a. sp, sp2 e sp3 b. sp3, sp3 e sp3 c. sp2, sp e sp3 d. sp3, sp2 e sp3 e. sp3, sp2 e sp2 5) Tal cm CO 2, CH 4 também causa efeit estufa, absrvend parte da radiaçã infravermelha que seria refletida da Terra para espaç. Esta absrçã deve-se à estrutura das suas mléculas que, n cas destes dis 18

19 Aula 6 Gemetria mlecular Gemetria mlecular é estud de cm s átms se rganizam tridimensinalmente na mlécula. Basicamente, para determinar a estrutura da mlécula é necessári entender a teria da repulsã ds pares eletrônics da camada de valência (VSEPR, para s íntims). A VSEPR diz que s pares de elétrns na camada de valência (a camada mais externa) tentam se empurrar para ficar mais lnge pssível um d utr. Sabend diss, basta verificar quants ligantes (átms ligads) e pares de elétrns existem em trn d átm central. Mas cm fazer iss? 2) 3) Distribuiçã eletrônica d O: 1s² 2s² 2p 4. Camada de valência: 2s² 2p 4 (6 e - ). Ttal: 1 x x x 6 = 12 e- Determinand a fórmula eletrônica 1) Use uma tabela periódica u s númers atômics para smar númer ttal de elétrns nas camadas de valência ds átms da mlécula. 2) Clque um par de elétrns entre cada dis átms. 3) Clque s utrs elétrns, tmand cuidad para que tds bedeçam a regra d ctet (mas lembre-se que existem exceções! O hidrgêni fica estável cm 2 e -!) 4) Represente as ligações (s pares cmpartilhads) cm um traç. Exempl: CH 2 O (Z C = 6; Z H = 1; Z O = 8) 1) Distribuiçã eletrônica d C: 1s² 2s² 2p 2. Camada de valência: 2s² 2p ² (4 e - ). Distribuiçã eletrônica d H: 1s¹. Camada de valência: 1s¹ (1 e - ). 4) Determinand a fórmula estrutural Para determinar a fórmula estrutural, vcê precisa identificar as núvens eletrônicas a redr d átm central. Cada ligaçã (simples, dupla u tripla) e cada par de elétrns livres a redr d átm central cnta cm uma núvem. Agra, basta usar a tabela. Lembre que as núvens vã tentar manter a mair distância pssível uma da utra. 19

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21 Exercícis 1) Cm relaçã à gemetria das mléculas, a pçã crreta a seguir é: a. NO - linear, CO 2 - linear, NF 3 - piramidal, H 2 O - angular, BF 3 - trignal plana. b. NO - linear, CO 2 - angular, NF 3 - piramidal, H 2 O - angular, BF 3 - trignal plana. c. NO - linear, CO 2 - trignal, NF 3 - trignal, H 2 O - linear, BF 3 - piramidal. d. NO - angular, CO 2 - linear, NF 3 - piramidal, H 2 O - angular, BF 3 - trignal. e. NO - angular, CO 2 - trignal, NF 3 - trignal, H 2 O - linear, BF 3 - piramidal. 2) Qual das substancias a seguir tem mlecula linear e apresenta ligaces duplas? a. HCl b. H 2 O c. N 2 d. CO 2 e. NH 3 3) Na figura, sa apresentads s desenhs de algumas gemetrias mleculares. 4) O mdel de repulsã ds pares de elétrns da camada de valência estabelece que a cnfiguraçã eletrônica ds elements que cnstituem uma mlécula é respnsável pela sua gemetria mlecular. Relacine as mléculas cm as respectivas gemetrias: Dads: númers atômics: H (Z = 1), C (Z = 6), N (Z = 7), O (Z = 8), S (Z = 16) Cluna I - Gemetria mlecular 1 - linear 2 - quadrada 3 - trignal plana 4 - angular 5 - pirâmide trignal 6 - bipirâmide trignal Cluna II - Mléculas ( ) SO 3 ( ) NH 3 ( ) CO 2 ( ) SO 2 A relaçã numérica, de cima para baix, da cluna II, que estabelece a sequência de assciações crretas é: a b c d e SO 3, H 2 S e BeCl 2 apresentam, respectivamente, as gemetrias mleculares: a. III, I e II. b. III, I e IV. c. III, II e I. d. IV, I e II. e. IV, II e I. 5) (ITA) Assinale a pçã que cntém, respectivamente, a gemetria das mleculas NH 3 e SiCl 4 n estad gass: a. Plana; plana. b. Piramidal; plana. c. Plana; tetragnal. d. Piramidal; piramidal. e. Piramidal; tetragnal. 21

22 Aula 7 e 8 Nmenclatura de ácids inrgânics e NOX Existem quatr funções químicas básicas de substâncias inrgânicas: s ácids, as bases, s sais e s óxids. Existem várias definições para ácids. Arrhenius, em 1887, definiu ácid cm send uma substância que libera H + quand em sluçã aqusa. Mais tarde, em 1923, dinamarquês Brønsted (leia brênsted ) e inglês Lwry aumentaram a definiçã, dizend que ácidas sã as substâncias que dam prótns durante uma reaçã. Mas a definiçã mais ampla de ácid fi dada pel nrte-american Gilbert Lewis. Segund ele, um ácid é uma espécie química que pde aceitar um par de elétrns em qualquer mei. A definiçã de Lewis é mais ampla d que a de Brønsted-Lwry prque existem substâncias cm AgCl 3 que pdem receber e -, mas que nã liberam prótns. Pr utr lad, s prótns têm rbital 1s livre, e pr iss pdem aceitar elétrns. O ácid aceita elétrns. Deste md, também chegams à nssa definiçã de base. Numa reaçã, se uma espécie está recebend elétrns (ácid), ist significa que utra espécie está dand estes elétrns. A espécie dadra é a base. Segund Arrhenius, as bases sã substâncias que liberam OH - em sluçã aqusa. Embra seja verdade, devems lembrar também das bases de Lewis, que tem elétrns livres. Nmenclatura de ácids de Arrhenius Ácids nã-xigenads O nme ds ácids que nã cntém xigêni é bastante simples. Estes ácids sã frmads pr um u mais hidrgênis e um ânin. Para dar nme, basta usar a fórmula ácid [ânin]ídric. Exempls: HCl ácid clrídric; HF ácid flurídric; H 2 S ácid sulfídric. (Nte que nme é sulfídric prque enxfre em latim é sulfur, que explica símbl d element ser a letra S). Ácid Ânin HF Ác. flurídric F - Fluret HCl Ác. clrídric Cl - Clret HBr Ác. brmídric Br - Brmet HI Ác. idídric I - Idet H 2 S Ác. sulfídric HS - Hidrgenssulfet u bissulfet S 2- Sulfet HCN Ác. cianídric CN - cianet A nmenclatura ds ácids xigenads é mais cmplicada, e para iss vams precisar antes cnhecer NOX. NOX é númer de xidaçã de um element. É cm se fsse a carga que ele pssui na mlécula. Ns ácids nã-xigenads é fácil descbrir NOX: hidrgêni tem sempre NOX igual a 1+, e a mlécula tem carga igual a 0. A partir destas infrmações, bserve s seguintes exempls: HCl H + + Cl - H 2 S 2 H + + S 2- Perceba que clr, que precisu ganhar um elétrn para atingir ctet, fica cm NOX 1- na mlécula de ác. clrídric. Assim, a sma das cargas (1+ d hidrgêni e 1- d clret) fica send igual a 0. A mesma cisa acntece cm ác. sulfídric: sulfet tem carga 2- (basta ver que ele pertence à familia VIA), e prtant sã necessáris dis 22

23 hidrgênis prtadres da carga 1+ para que a sma seja igual a 0. Nestes cass, quand estã fazend parte da mlécula, dizems que s átms nã têm carga, mas que têm NOX. Agra que cnhecems NOX, pdems aprender s ácids hidrgenads. Para saberms nme d ácid xigenad, nós precisams verificar 3 cisas: a família d átm central, quants xigênis estã ligads a ele e quants hidrgênis inizáveis estã na mlécula, para que pssams calcular NOX d átm central e descbrir nme d ácid. Veja exempl d HClO 2. Nós pdems perceber que átm central é clr, da família VIIA. Se ele é da família VIIA, ele pssui 7 elétrns na camada de valência, send 7+ seu NOX máxim. Agra, vams às cntas. Sabems que NOX d hidrgêni é sempre 1+, e que NOX d xigêni é sempre 2-. Sabems também que a sma ttal é igual a 0. O rest fica fácil. NOX H + NOX Cl + NOX O = 0 Tems 1 hidrgêni, prtant nssa sma cmeça cm NOX Cl + NOX O = 0 Acrescentand s 2 xigênis, precisams smar NOX 4- (2- para cada um ds 2 O), que dá um ttal de NOX Cl + 2 x 2- = NOX Cl + 4- = 0 NOX Cl + 3- = 0 Se a sma ttal é 0 e só falta smar NOX d clr, só ns resta fazer a última cnta: NOX Cl + 3- = 0 NOX Cl = NOX Cl = 3+ Cnsultand a tabela da nssa aula, descbrims que ânin xigenad que tem clr cm NOX = 3+ é ânin clrs. IVA VA VIA VIIA Terminaçã NOX 7+ per...ic NOX ic NOX s NOX hip...s Lembre que mair NOX termina em ic (cm em heric!), e menr NOX termina em s (que nem medrs...!) Exercícis 1) O ácid que é classificad cm xiácid, diácid e é frmad pr átms de três elements químics diferentes é: a. H 2 S b. H 4 P 2 O 7 c. HCN d. 2SO 3 e. HNO 3 2) Dar nme as seguintes ácids (sluçã aqusa): a. HClO 2 b. HCl c. HCN d. HNO 2 e. H 3 AsO 4 f. H 3 SbO 3 g. HF h. HCl i. HCN j. H 2 S k. H 2 CO 3 l. H 3 BO 3 m. H 4 SiO 4 23

24 3) (ENEM) O prcess de industrializaçã tem gerad séris prblemas de rdem ambiental, ecnômica e scial, entre s quais se pde citar a chuva ácida. Os ácids usualmente presentes em maires prprções na água da chuva sã H 2 CO 3, frmad pela reaçã d CO 2 atmsféric cm a água, HNO 3, HNO 2, H 2 SO 4 e H 2 SO 3. Esses quatr últims sã frmads principalmente a partir da reaçã da água cm s óxids de nitrgêni e de enxfre gerads pela queima de cmbustíveis fósseis. A frmaçã de chuva mais u mens ácida depende nã só da cncentraçã d ácid frmad, cm também d tip de ácid. Essa pde ser uma infrmaçã útil na elabraçã de estratégias para minimizar esse prblema ambiental. Se cnsideradas cncentrações idênticas, quais ds ácids citads n text cnferem mair acidez às águas das chuvas? a. HNO 3 e HNO 2. b. H 2 SO 4 e H 2 SO 3. c. H 2 SO 3 e HNO 2. d. H 2 SO 4 e HNO 3. e. H 2 CO 3 e H 2 SO 3. 5) A respeit das substâncias denminadas ácids, um estudante antu as seguintes características: I) têm pder crrsiv; II) sã capazes de neutralizar bases; III) sã cmpsts pr dis elements químics; IV)frmam sluções aqusas cndutras de crrente elétrica. Ele cmeteu errs smente em: a. I e II b. I e III c. I e IV d. II e III e. III e IV 6) Dar nme as seguintes ânins: a. BrO 3 - b. ClO 2 - c. HCO 3 - d. HSO 4 - e. S 2 - f. I - g. NO 3 - h. NO 2 - i. PO 4 3-4) Os ácids HClO 4, H 2 MnO 4, H 3 PO 3, H 4 Sb 2 O 7, quant a númer de hidrgênis inizáveis, pdem ser classificads em: a. mnácid, diácid, triácid, tetrácid. b. mnácid, diácid, triácid, triácid. c. mnácid, diácid, diácid, tetrácid. d. mnácid, mnácid, diácid, triácid. e. mnácid, mnácid, triácid, tetrácid. 24