Centro Universitário Anchieta

Transcrição

1 1) A teoria da eletrovalência estabelecida por Kossel em 1916 explica a formação dos compostos iônicos a partir da estabilidade dos gases nobres que possuem a camada de valência completa. Em relação a essa teoria, julgue se a afirmação a seguir é falsa ou verdadeira e justifique sua opção: A configuração eletrônica do átomo de sódio, 11 Na, mostra que esse elemento possui 1 elétron na última camada: 11 Na = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1. Isso justifica sua instabilidade, mas ao perder 1 elétron, ocorre a formação do cátion sódio, Na 1+, que é exatamente igual à do gás nobre neônio, 10 Ne. 11Na+1 = 1s 2 2s 2 2p 6 10Ne = 1s 2 2s 2 2p 6 Por isso, o cátion de sódio isolado, 11 Na 1+, é mais estável que o átomo de sódio, 11 Na, isolado. A afirmativa anterior é verdadeira. O átomo de sódio é bem reativo, visto que facilmente perde um elétron originando o cátion de Na +1 que é mais estável em relação ao átomo neutro. O motivo desta estabilidade é a configuração eletrônica idêntica ao gás nobre do mesmo período, no caso, o átomo de neônio. 2) Um elemento da família 2 da tabela periódica forma um composto com o flúor. A massa molar desse composto é 78,074g. Escreva a fórmula e o nome do composto. O composto formado entre flúor e um elemento da família 2A, possui configuração XF 2. Para determinar a composição exata deve-se utilizar o dado da massa total do composto iônico que é de 78,074 g. Sabendo que cada átomo de flúor possui massa de 19 g, assim dois átomos de flúor possuem massa de 38 g e subtraindo de 78, 074 g, sobra 40 g de massa. O cálcio possui massa de 40 g/mol, dessa forma o composto trata-se de CaF 2. 3) O óxido de alumínio é um sólido cristalino que ocorre na natureza sob a forma de pedras preciosas como rubi, safira e esmeralda. A coloração variável é devida à presença de impurezas como cromo, ferro, magnésio e silício. As principais propriedades físicas são: dureza na escala Mohs = 9,0, densidade = 3,98 g/cm 3, ponto de fusão = 2040 C, além de elevada capacidade de transmissão de radiações infravermelhas e ultravioleta. É utilizado na fabricação de tubos eletrônicos e de microondas, equipamentos ópticos (em detectores de radiação), laser, circuitos integrados e conexões de precisão. Além disso, também é usada em relojoaria, como abrasivo, e como pedra preciosa em joalheria. Sabendo-se que alumínio possui número atômico igual a 13 e oxigênio possui número atômico igual a 8, indique a fórmula mínima do óxido de alumínio e a sua fórmula eletrônica (fórmula de Lewis). O alumínio é da família 3A assim formará um cátion com três cargas positivas, ou seja, Al +3. O oxigênio é pertencente a família 6A, assim formará um ânion com duas cargas negativas, O -2. O composto iônico formado possui fórmula Al +3 O -2 Al 2 O 3.

2 4) Observe as seguintes fórmulas eletrônicas (fórmula de Lewis): Consulte a Classificação Periódica dos Elementos e escreva as fórmulas eletrônicas das moléculas formadas pelos seguintes elementos: a) fósforo e hidrogênio; b) enxofre e hidrogênio; c) flúor e carbono. 5) Observe a fórmula estrutural do nitrito de sódio, NaNO 2 (utilizada como conservante), e cite os tipos de ligações estabelecidos entre os átomos. NaO-N=O A ligação formada de sódio com oxigênio (NaO) é iônica, pois trata-se de uma ligação entre metal e ametal. As demais ligações como O-N e N=O são covalentes, pois ambas são formadas por ametais. 6) Explique quando ocorre uma ligação covalente apolar e uma ligação covalente polar. Indique o tipo de ligação covalente (apolar ou polar) estabelecida entre os átomos das substâncias abaixo. Consulte a tabela periódica e a fila de eletronegatividade. a) H 2 O b) I 2 c) NH 3 d) CO 2 a) H 2 O é um composto formado por ligação covalente. O átomo de oxigênio (E.N. = 3,4) possui maior eletronegatividade em relação aos átomos de hidrogênio (E. N. = 2,1) e devido à diferença de eletronegatividade forma-se polos. O oxigênio ficará com deslocamento de carga negativa ( - ) e o hidrogênio ficará com deslocamento de carga positiva ( + ). b) No caso da molécula de iodo a ligação é covalente, pois é formada por dois ametais, no entanto, os dois ametais são idênticos o que não ocasiona a diferença de eletronegatividade, assim esse composto não possui polos, apolar. c) A molécula de amônia é constituída de um átomo de nitrogênio ligado através de ligações covalentes a três átomos de hidrogênio. O nitrogênio (E. N. = 3,0) possui maior eletronegatividade em relação ao hidrogênio (E. N. = 2,1). Há diferença de eletronegatividade entre os elementos o que acarretando na formação de polos, no caso o deslocamento de carga negativa está no nitrogênio ( - ) e a carga positiva ao hidrogênio ( + ). d) A molécula de dióxido de carbono, conhecida também como gás carbônico (CO 2 ), possui dois átomos de oxigênio ligados em sentidos opostos a um átomo de carbono central. A representação da estrutura de Lewis abaixo permite visualizar a estrutura. O oxigênio (E.N. = 3,4) possui maior eletronegatividade em relação ao átomo de carbono (E.N. = 2,4), o que permite que as ligações C=O sejam polares, no

3 entanto, a molécula dispõe de duas ligações C=O em sentidos opostos (O=C=O) e tal efeito extingue a diferença de polaridade existente na molécula, assim a molécula terá momento dipolar resultante igual à zero, ou seja, será apolar. 7) Explique quais informações pode se obter a partir das fórmulas molecular, estrutural e eletrônica (Lewis) de determinada substância. Utilize como exemplo a formação da molécula de gás nitrogênio. Dado: nitrogênio possui Z = 7. As fórmulas químicas são importantes para os profissionais da área da química, pois representa à composição que é constituída o composto em estudo, no caso da fórmula molecular apresenta a proporção de átomos que constitui um composto e quais os átomos envolvidos. Através da composição atômica é possível ter conhecimento de qual tipo de ligação química é existente e consequentemente será possível estimar algumas propriedades físico-químicas. No caso da molécula de gás nitrogênio que possui fórmula N 2, pode se chamar de molécula devido ao fato de ser composto por dois ametais e originar um composto de ligação covalente, se caso a composição tivesse um metal e um ametal, iria se tratar de uma ligação iônica e não mais chamaríamos de molécula e sim de composto iônico. Voltando a molécula de N 2 o índice dois mostra que há dois átomos na composição desta molécula. A fórmula estrutural apresenta a ordem e disposição que os átomos estão unidos pelas ligações, como o nome diz é a estrutura, que também representa a geometria. Moléculas como o gás nitrogênio são chamadas de binárias, pois só possuem dois elementos e consequentemente a estrutura sempre será linear, na representação abaixo pode se ver que existem três ligações entre os átomos de nitrogênio. A fórmula de Lewis como também é conhecida como fórmula eletrônica apresenta a estrutura com o acréscimo dos pares de elétrons não utilizados nas ligações químicas. Os elétrons não utilizados na ligação química de uma molécula dá margem a ideia de algo sem importância, mas na verdade é o guia de reatividade da molécula, pois os pares de elétrons podem estar envolvidos nas ligações químicas e na geração de geometrias definidas. 8) O alumínio (Z=13) forma com um elemento químico E um composto iônico na proporção de 1:3. O elemento E pode ter número atômico: a) 11 b) 3 c) 9 d)31 e) 5 O alumínio está na família 3A e consequentemente irá formar cátion trivalente, Al +3 o que é coerente com a proporção da fórmula 1:3 o que significa que terá um alumínio para três outros elementos (Al E 3 ). Para a resolução deste exercício será necessário ter conhecimento de quais famílias são pertencentes os cinco átomos listados nas alternativas, facilmente isso poderá ser realizado com o uso de uma tabela periódica ou pela distribuição eletrônica. Z = 11 (1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ) o último nível mais energético é o subnível s 1, assim a família é 1A. Z = 3 (1s 2 2s 1 ) o último nível mais energético é o subnível s 1, assim a família é 1A.

4 Z = 9 (1s 2 2s 2 2p 5 ) o último nível mais energético é o subnível p 5, lembre se que há necessidade de somar os dois elétrons do subnível s 2 quando o subnível mais energético for diferente de s, assim a família é 7A. Z = 31 (1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 1 ) o último nível mais energético é o subnível p 1, lembre se que há necessidade de somar os dois elétrons do subnível s 2 quando o subnível mais energético for diferente de s, assim a família é 3A. Z = 5 (1s 2 2s 2 2p 1 ) o último nível mais energético é o subnível p 1, lembre se que há necessidade de somar os dois elétrons do subnível s 2 quando o subnível mais energético for diferente de s, assim a família é 3A. Assim temos: a) Z = 11 (1A) b) Z = 3 (1A) c) Z = 9 (7A) d) Z = 31 (3A) e) Z = 5 (3A) Em vista da proporção anterior o alumínio terá que ligar com três elementos, assim terá que ser um elemento que necessite um único elétron para completar a camada de valência, a alternativa que contempla esse exercício é a (C), pois os elementos da família 7A tendem a ganhar um elétron. No caso a fórmula será AlF 3. 9) Em relação às propriedades dos compostos iônicos, assinale a(s) alternativa(s) correta(s). 01. Compostos iônicos apresentam altos pontos de fusão porque é necessário fornecer uma grande quantidade de energia para romper a forte atração elétrica entre os cátions e os ânions que formam o cristal. 02. Compostos iônicos são solúveis tanto na água como no 03. A condução de corrente elétrica depende da existência de íons livres, assim os compostos iônicos na fase sólida não conduzem corrente elétrica porque os íons que formam a substância estão presos num reticulo cristalino. 04. Compostos iônicos conduzem corrente elétrica em solução aquosa porque a água permite o fluxo de elétrons em seu interior. 05. Cristais iônicos são duros porque não são facilmente riscados por outros materiais. 06. Cristais iônicos possuem elevada dureza porque são muito resistentes a impactos e choques mecânicos. O item (01) é verdadeiro. O item (02) ficou faltando completar o resto da frase assim iremos desconsiderar. O item (03) e (04) explicam corretamente a condução iônica. O item (05) também é verdadeiro, visto que os compostos duros possuem maior força de agregação entre os átomos assim em processo de fricção com outro material podem fazer riscos. O item (06) é falso, pois como os compostos duros possuem uma forte agregação entre os átomos e não permitem uma boa difusão de energia gerada no impacto, assim a energia torna-se localizada em pontos específicos o que ocasiona geralmente em ruptura do cristal. 10) Os elementos X e Y têm, respectivamente, 2 e 6 elétrons na camada de valência. Quando X e Y reagem, forma-se um composto: a) covalente, de fórmula XY. b) covalente, de fórmula XY 2.

5 c) covalente, de fórmula X 2 Y 3. d) iônico, de fórmula X +2 Y -2. e) iônico, de fórmula X 2 +1 Y -2. O composto X tem valência dois logo formará um cátion X +2 e o composto Y tem valência seis que formará um ânion Y -2 (o que falta para oito). A fórmula será originaria de X +2 Y -2 assim terá a composição XY e o composto será de ligação iônica. A alternativa correta é a (d). 11) Sabendo que o número de elétrons doados e recebidos deve ser o mesmo e que o cálcio doa dois elétrons e o flúor recebe somente um, então, ao se ligarem entre si átomos de cálcio e flúor, obtemos uma substância cuja fórmula correta é: a) CaF b) Ca 2 F c) F 2 d) Ca 2 F 2 e) CaF 2 O cálcio é da família 2A o que gera o cátion Ca +2 e o flúor é da família 7A que dá origem ao ânion F -, assim a fórmula gerada por Ca +2 e F - é CaF 2. No caso alternativa (e). 12) Os átomos X e Y apresentam configurações eletrônicas 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 e 1s 2 2s 2 2p 5, respectivamente. Entre esses átomos forma-se um composto: a) iônico, de fórmula XY 2 b) molecular, de formula X 2 Y c) molecular, de formula XY 2 d) iônico, de fórmula XY 4 e) iônico, de fórmula XY O elemento X é da família 1A visto que a distribuição eletrônica (1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ) termina em 3s 1. Já o elemento Y é da família 7A visto que a distribuição eletrônica 2p 5 (1s 2 2s 2 2p 5 ) o último nível mais energético é o subnível p 5, lembre se que há necessidade de somar os dois elétrons do subnível s 2 quando o subnível mais energético for diferente de s. Tem se X +1 e Y -1 o que gera a fórmula XY e com características iônicas, pois é formada por um metal e ametal. Alternativa correta (e). 13) São exemplos de compostos moleculares: Dados: K, Na, Li (metais alcalinos) Ca, Mg (metais alcalinos-terrosos) a) CO 2, H 2 O e H 2 O 2. b) CO, KCl e NaClO. c) NaF, MgO e C 12 H 22 O 11 d) H 2 O, Li 2 O e CH 4. e) KNO 3, Ca(OH) 2 e NaH. CO 2 gás carbônico é uma molécula por que o carbono é ametal e o oxigênio também.

6 H 2 O molécula de água é uma molécula por que o hidrogênio é ametal e o oxigênio também. H 2 O 2 peróxido de hidrogênio é uma molécula por que o hidrogênio é ametal e o oxigênio também. CO monóxido de carbono é uma molécula por que o carbono é ametal e o oxigênio também. KCl cloreto de potássio é um composto iônico por que o potássio é metal e o cloro é ametal. NaClO clorato de sódio é um composto iônico por que o sódio é metal, cloro e oxigênio são ambos ametais. NaF fluoreto de sódio é um composto iônico por que o sódio é metal e o flúor é ametal. MgO óxido de magnésio é um composto iônico por que o magnésio é metal e o oxigênio é ametal. C 12 H 22 O 11 sacarose é uma molécula por que o carbono, oxigênio e hidrogênio são ametais. Li 2 O óxido de lítio é um composto iônico por que o lítio é metal e o oxigênio é ametal. CH 4 gás metano é uma molécula por que o carbono é ametal e o hidrogênio também. KNO 3 nitrato de potássio é um composto iônico por que o potássio é metal, nitrogênio e oxigênio são ametais. Ca(OH) 2 hidróxido de cálcio é um composto iônico por que o cálcio é metal, oxigênio e hidrogênio são ametais. NaH hidreto de sódio é um composto iônico por que o sódio é metal e o hidrogênio é ametal. Assim a única alternativa correta com compostos moleculares é a (a). 14) Os elementos flúor forma composto com hidrogênio, carbono, potássio e magnésio, respectivamente. Os compostos covalentes ocorrem com: a) H e Mg b) H e K c) C e Mg d) H e C e) K e Mg A formação de compostos covalentes se dá entre ametais. No item (a) o magnésio é metal logo a ligação será iônica. O item (b) o potássio é metal também ligação iônica. Os itens (c) e (e) apresentam metais como o magnésio e potássio assim conferem ligações iônicas. A alternativa correta que possui ligação covalente é o item (d) formado entre os ametais carbono e hidrogênio. A fórmula molecular resultante é CH 4. 15) Na escala de eletronegatividade de Pauling, tem se: Elemento Li H Br N O Eletronegatividade 1,0 2,1 2,8 3,0 3,5 Esses dados permitem afirmar que, entre as moléculas a seguir, a mais polar é: a) O 2 (g) b) LiBr (s) c) NO (g) d) HBr (g) e) Li (s) No item (a) apresenta o gás oxigênio, O 2, que é uma molécula binária de mesmo elemento químico, dessa forma, não há diferença de eletronegatividade, logo a polaridade é nula (apolar). O item (b) é brometo de lítio tem se o metal lítio (E. N. = 1,0) ligado ao ametal bromo (E. N. = 2,8) por ligação iônica, a diferença de polaridade é medido pela diferença entre as eletronegatividades ( 1,8). No item (c) tem se o monóxido de nitrogênio é formado de nitrogênio (E. N. = 3,0) e oxigênio (E. N. = 3,5) o que gera a diferença eletronegatividade em 0,5.

7 No item (d) representa a molécula de ácido bromídrico, o hidrogênio (E. N. = 2,1) e o bromo (E. N. = 2,8), o que gera a diferença em 0,7. No item (e) apresenta o lítio metálico, não há diferença de eletronegatividade. A alternativa que possui maior diferença de eletronegatividade é o item (b). 16) Forneça as estruturas de Lewis para a molécula de amônia (NH 3 ), ácido nítrico (HNO 3 ), gás carbônico (CO 2 ), trifluoreto de boro (BF 3 ) e água (H 2 O). 17) Monte um resumo com poucas palavras sobre os tipos de ligações existentes, suas propriedades e suas diferenças. Há três tipos de ligações químicas: iônicas, covalente e metálica. A ligação iônica ocorre através de íons que são originários de metais e ametais, dando origem a um arranjo chamado retículo cristalino. O retículo cristalino permite no aumento da força de coesão (ligação) entre os átomos o dá propriedades físico-químicas bem características como alto ponto de fusão e ebulição. Os compostos iônicos geralmente dissolvem em solventes bem polares como a água. A ligação covalente ocorre entre ametais e envolve o compartilhamento de elétrons. O deslocamento dos elétrons em uma ligação química gera polaridade de um composto. As ligações covalentes possuem menor energia para ruptura em relação aos compostos iônicos, principalmente pelo fato dos compostos formarem moléculas e não retículos cristalinos. As propriedades físico-químicas são bem variadas, depende da composição da molécula, mas em geral possuem menor ponto de fusão e ebulição em relação aos compostos iônicos, e ocorre a formação de compostos na forma de gás. A ligação metálica ocorre entre metais e gera também retículo cristalino, no entanto, os compostos não formam aglomerado de cargas opostas como os compostos iônicos e sim a formação de um retículo de cátions e o interstício (vão entre os átomos do retículo) com cargas elétricas dispostas aleatoriamente, também conhecidas como ligação de mar de elétron. A característica físico-química é também dependente da composição, mas em geral apresenta fácil condução elétrica, estrutura flexível e alto ponto de fusão e ebulição. 18) Quais das ilustrações melhor representa CaCl 2 dissolvido em água? Justifique.

8 O cloreto de cálcio quando está dissolvido dá origem aos íons Ca +2 e Cl -1, assim a alternativa correta é o item (f). 19) Desenhe a estrutura de Lewis para: a) NH 2 Cl b) OCl 2 c) ClO 2 - d) SCN - e) OF 2 20) Desenhe a estrutura de Lewis e a carga formal para os compostos abaixo: a) SO 3 b) NO 2 - c)ocs d) N 3 - e) ClO 3 - Átomo O(1) O (2) S (3) O (4) Camada de valência Elétrons isolados Ligações Carga

9 Átomo O(1) N (2) O (3) Camada de valência Elétrons isolados Ligações Carga Átomo O(1) C (2) S (3) Camada de valência Elétrons isolados Ligações Carga Átomo N(1) N (2) N (3) Camada de valência Elétrons isolados Ligações Carga Átomo O(1) O (2) Cl (3) O (4) Camada de valência Elétrons isolados Ligações Carga