Gabarito: Grupo 17/VII-A e Grupo 18/VIII-A 1) Amostras dos gases nitrogênio, oxigênio e cloro foram recolhidas, não necessariamente nessa ordem, em recipientes rotulados A, B e C. Cada recipiente contém apenas um desses gases. Afim de ilustrar algumas propriedades dessas substâncias, com cada recipiente, foram feitas as seguintes experiências: I. Introduziram-se raspas de ferro aquecidas ao rubro. Apenas nos recipientes A e B observou-se transformações das raspas de ferro. II. Cheiraram-se os conteúdos. O de A, assim como o de C, eram inodoros. O de B provocou forte irritação na mucosa nasal. a) Identifique os gases dos recipientes A, B e C. Justifique. Resposta: O item I deixa claro a reatividade do ferro metálico com os gases do recipiente A e B. Reações químicas possíveis: 2 Fe + 3 O2 1 Fe2O3 1 Fe + 1 Cl2 1 FeCl2 1 Fe + 1 N2 X (não reage N2 é inerte aos metais) Logo o recipiente C que não houve reação deve conter o gás nitrogênio. O item II se refere ao odor dos gases, somente gás cloro possui odor (asfixiante), O2 e N2 está atmosfera sendo inodoros, logo o recipiente B possui gás cloro. Por dedução o recipiente A deve conter gás oxigênio, o que pode ser evidenciado no item fazendo um experimento de simples verificação como da queima de um palito de fósforo, pois o mesmo é comburente. b) Escreva a equação balanceada da reação do conteúdo do recipiente B com o ferro. Resposta: 1 Fe + 1 Cl2 1 FeCl2 2) Descreva como o hidróxido de sódio é obtido em escala industrial. Sua descrição deve incluir as matérias-primas utilizadas, as equações das reações químicas envolvidas no processo, as condições de operação e o aproveitamento de eventuais sub-produtos obtidos no processo. 2 Resposta: A obtenção de hidróxido de sódio é obtida pela eletrólise da água salgada de cloreto de sódio. Pela eletrólise (4-8V) ocorre a formação de gás hidrogênio, gás cloro e a solução liquida remanescente na cuba eletrolítica é o hidróxido de sódio. 2 NaCl(aq) + H2O(l) H2(g) + Cl2(g) + NaOH(aq)
2 Cl - Cl2 reação de oxidação (anodo) 2 H + H2 reação de redução (cátodo) As reações a seguir são referentes ao aproveitamento do gás cloro: 1 Cl2(g) + 1 H2O(aq) 1 HClO(aq) + 1 HCl(aq) 1 Cl2(g) + 1 H2(g) 1 HCl(g) 2 Br - (aq) + Cl2(g) Br2(l) + 2 Cl - (aq) 2 Fe(s) + 3 Cl2(g) 2 FeCl3 (s) Curiosidade: O cloreto de sódio (NaCl) corresponde a 2,6% da massa da biosfera, contendo cerca de 4 x 10 19 Kg do sal. O processo de extração é conhecido 3) Na tabela são dadas as energias de ligação (kj/mol) a 25 C para algumas ligações simples, para moléculas diatômicas entre H e os halogênios (X). Analise as afirmações seguintes e julgue com Verdadeira (V) ou Falsa (F). Justifique a resposta na falsa. ( V ). Dentre os compostos HX, o HF é o ácido mais fraco e a sua ligação H-X é a mais forte. ( V ). A distância de ligação entre os átomos nas moléculas X 2 é maior no I 2, já que a sua energia de ligação é a mais fraca. ( F ). A molécula com maior momento dipolar é o HI. Resposta: V V F 4) Uma característica dos halogênios é a formação de compostos com elementos do mesmo grupo, por exemplo, o ClF 3 e o ClF 5. A geometria molecular e a hibridação do átomo central nessas duas espécies são respectivamente: a) trigonal plana, bipirâmide trigonal, sp 2 e sp 3 d. b) em forma de T, bipirâmide trigonal, sp 3 d e sp 3 d. c) pirâmide trigonal, bipirâmide trigonal, sp 3 e sp 3 d. d) em forma de T, pirâmide de base quadrada, sp 3 d e sp 3 d 2. e) pirâmide trigonal, pirâmide de base quadrada, sp 3 e sp 3 d 2. Resposta: [D] Ver Anexo 5) "Não se fazem mais nobres como antigamente - pelo menos na Química." ("Folha de S. Paulo", 17.08.2000.) As descobertas de compostos como o XePtF 6, em 1962, e o HArF, recentemente obtido, contrariam a crença comum de que elementos do grupo dos gases nobres da Tabela Periódica não reagem para formar moléculas. a) Explique por que os gases nobres têm esta tendência à baixa reatividade. Resposta: Por existir grande estabilidade da camada eletrônica de valência em gases nobres. b) Sabe-se que os menores elementos deste grupo (He e Ne) permanecem sendo os únicos gases nobres que não formam compostos, mesmo com o elemento mais eletronegativo, o flúor. Justifique este comportamento. Resposta: O He e o Ne, por serem átomos pequenos, apresentam elevada energia de ionização, o que dificulta a promoção e o desemparelhamento de elétrons. Isso explica por que tais átomos não formam ligações.
6) A tabela adiante apresenta os valores das temperaturas de fusão (Tf) e de ebulição (Te) de halogênios e haletos de hidrogênio. a) Justifique a escala crescente das temperaturas Tf e Te do F 2 ao I 2. b) Justifique a escala decrescente das temperaturas Tf e Te do HF ao HCl. c) Justifique a escala crescente das temperaturas Tf e Te do HCl ao HI. Resposta: a) Quanto maior for a superfície da molécula (ou a massa), maior será a atração intermolecular e consequentemente maior será a temperatura de fusão e de ebulição, pois mais intensa será a força de van der Waals entre dipolos temporários. F 2 : M = 38,00 g/mol Cl 2 : M = 70,90 g/mol Br 2 : M = 159,82 g/mol I 2 : M = 253,80 g/mol b) O HF forma ligações de hidrogênio mais intensas (ou pontes de hidrogênio) entre as suas moléculas, elevando seu ponto de fusão e de ebulição. c) Quanto maior a superfície da molécula ou massa molar, maior será a temperatura de fusão e de ebulição. HCl : M = 36,46 g/mol HBr : M = 80,92 g/mol HI : M = 127,91 g/mol 7) No ano de 2012, completam-se 50 anos da perda da nobreza dos chamados gases nobres, a qual ocorreu em 1962, quando o químico inglês Neil Bartlett conseguiu sintetizar o Xe[PtF 6] ao fazer reagir o Xenônio com um poderoso agente oxidante, como o hexafluoreto de platina PtF 6. Esses gases eram chamados assim, pois, na época de sua descoberta, foram julgados como sendo não reativos, ou inertes, permanecendo imaculados. A explicação para a não reatividade dos gases nobres se fundamentava a) na regra do dueto, segundo a qual a configuração de dois elétrons no último nível confere estabilidade aos átomos. b) na regra do octeto, segundo a qual a configuração de oito elétrons no penúltimo nível confere estabilidade aos átomos. c) na regra do octeto, segundo a qual a configuração de oito elétrons no último nível confere estabilidade aos átomos. d) na regra do dueto, segundo a qual a configuração de dois elétrons no penúltimo nível confere estabilidade aos átomos. Resposta: [C] O modelo do octeto estabelece que a estabilidade química dos átomos está associada à configuração eletrônica da camada de valência com oito elétrons. Dentro desse modelo há algumas exceções com elementos cuja camada de valência apresenta 2 elétrons (caso do hidrogênio e hélio).
8) Por muito tempo, acreditou-se que os gases nobres seriam incapazes de formar compostos químicos. Entretanto, atualmente, sabe-se que, sob determinadas condições, é possível reagir um gás nobre, como o xenônio, e formar, por exemplo, o composto cuja síntese e caracterização foi descrita em 2010 e cuja estrutura está mostrada abaixo. Considere as seguintes afirmações sobre o composto acima. I. Nesse composto, o xenônio está ligado a um íon fluoreto e a um íon nitrato. II. Nesse composto, o xenônio tem geometria linear; e o nitrogênio tem geometria trigonal plana. III. Nesse composto, o xenônio tem estado de oxidação zero. Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III. d) Apenas I e II. e) Apenas II e III. Resposta: [D] Teremos: Nesse composto, o xenônio está ligado a um íon fluoreto e a um íon nitrato: 3 Nesse composto, o xenônio possui hibridização sp d (bipirâmide de base triangular), como utiliza dois elétrons no compartilhamento, um com o oxigênio do nitrato e outro com o fluoreto, apresenta geometria linear; e o nitrogênio apresenta geometria trigonal plana ou triangular (três nuvens eletrônicas ao redor do átomo de nitrogênio). Nesse composto, o xenônio (eletronegatividade de Pauling 2,6) tem estado de oxidação +2.
Anexo - Geometria