QUÍMICA Prof. Daniel Pires LIGAÇÕES QUÍMICAS -GEOMETRIA e POLARIDADE MOLECULAR - HIBRIDIZAÇÃO - FORÇAS INTERMOLECULARES - PIRES 1. Considere as seguintes moléculas: H O; PC؃; BHƒ; SF e CO. a) Indique as espécies polares. Justifique. b) Indique as espécies apolares. Justifique. 2. P e CØ têm, respectivamente, 5 e 7 elétrons na camada de valência. a) Escreva a fórmula de Lewis do tricloreto de fósforo. b) Qual é o tipo de ligação formada? c) Qual a sua geometria? 3. A partir das configurações eletrônicas dos átomos constituintes e das estruturas de Lewis, a) determine as fórmulas dos compostos mais simples que se formam entre os elementos: I. hidrogênio e carbono; II. hidrogênio e fósforo. b) Qual é a geometria de cada uma das moléculas formadas, considerando-se o número de pares de elétrons? Números atômicos: H = 1; C = 6; P = 15. 4. A teoria de repulsão dos pares de elétrons na camada de valência (VSEPR) é capaz de prever a geometria de várias moléculas. De acordo com esta teoria é correto afirmar que: ( ) A molécula H S apresenta geometria linear. ( ) A molécula CO apresenta geometria angular. ( ) A molécula PHƒ apresenta geometria piramidal. ( ) A molécula BC؃ apresenta geometria plana. ( ) A molécula SF apresenta geometria octaédrica. 5. Escreva a estrutura de Lewis para cada uma das moléculas a seguir, prevendo a geometria molecular (incluindo os ângulos de ligação) e os orbitais híbridos no átomo central. a) XeOF b) XeOF c) XeO d) XeF 1
6. Considere os seguintes compostos, todos contendo cloro: BaCØ ; CHƒCØ; CCØ e NaCØ. Sabendo que o sódio pertence ao grupo 1, o bário ao grupo 2, o carbono ao grupo 14, o cloro ao grupo 17 da Tabela Periódica e que o hidrogênio tem número atômico igual a 1: a) transcreva a fórmula química dos compostos iônicos para o caderno de respostas e identifique-os, fornecendo seus nomes. b) apresente a fórmula estrutural para os compostos covalentes e identifique a molécula que apresenta momento dipolar resultante diferente de zero (molécula polar). 7. Um jeito simples e eficaz de desentupir uma pia é adicionar algumas colheres de bicarbonato de sódio diretamente no ralo e, depois, um copo cheio de vinagre (solução aquosa de ácido etanóico). Em seguida, basta fechar bem o ralo e aguardar alguns minutos. O desentupimento ocorre através da pressão exercida pelo gás formado na reação a seguir. NaHCOƒ + CHƒCOOH ë etanoato de sódio + CO + H O a) Dê o nome do gás que se forma na reação e a fórmula molecular do etanoato de sódio. b) Escreva a estrutura de Lewis do íon bicarbonato. 8. O dióxido de carbono (CO ), conhecido também por gás carbônico, é um óxido formado por átomos com diferentes eletronegatividades. Com base nessas informações, a) explique por que a molécula de CO é classificada como apolar. b) monte a fórmula estrutural do CO, indicando os momentos dipolares de cada uma das ligações, e calcule o momento dipolar resultante ( R). 9. Também existem substâncias compostas com propriedades semicondutoras, como, por exemplo, SiC. Identifique o caráter da ligação química presente nessa substância, justificando a sua resposta com base nos valores de eletronegatividade. 10. A molécula de diflureteno, C H F, apresenta três fórmulas estruturais distintas, que são caracterizadas por diferentes posições dos átomos de flúor e hidrogênio, ligados aos átomos de carbono. a) Escreva as estruturas de Lewis dos três isômeros estruturais do difluoreteno, relacionados na questão. b) Classifique estas espécies químicas, quanto suas polaridades moleculares. Justifique. 11. Os comprimentos das ligações BF (1,31 Angstrons), na molécula do trifluoreto de boro, são consideravelmente menores do que os previstos para ligações simples entre estes elementos (1,52 Angstrons). Outras evidências experimentais indicam fortemente a presença do caráter de dupla ligação (B=F) nesta molécula. Por outro lado, a molécula do BFƒ reage prontamente com amônia, que possui 2
um par de elétrons não ligante (base de Lewis), originando a espécie química FƒBNHƒ, na qual o átomo de boro apresenta quatro ligações covalentes simples. BFƒ(g) + NHƒ(g) ë FƒBNHƒ(g) Com base nestas informações e sabendo que as energias das três ligações BF, na molécula do BFƒ, são idênticas: a) represente as possíveis estruturas de Lewis para a molécula de BFƒ. b) represente as estruturas de Lewis para as demais moléculas que participam desta reação. 12. "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, 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. 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. 13. Para as moléculas de SiH e de etino (C H ) pede-se: a) representar as estruturas de Lewis; b) indicar para cada molécula os tipos de ligação e de hibridização existentes. (Números atômicos: H=1; C=6; Si=14). 14. Representar as estruturas de Lewis e descrever a geometria de (NO ), (NOƒ) e NHƒ. Para a resolução, considerar as cargas dos íons localizadas nos seus átomos centrais. 15. Considere três substâncias CH, NHƒ e H O e três temperaturas de ebulição: 373K, 112K e 240K. Levando-se em conta a estrutura e a polaridade das moléculas destas substâncias, pede-se: a) Correlacionar as temperaturas de ebulição às substâncias. b) Justificar a correlação que você estabeleceu. 16. a) No topo do Monte Everest a água entra em ebulição a 76 C. Consultando o gráfico, qual deve ser o ponto de ebulição do éter dietílico no mesmo local? Justifique. b) Através dos dados do gráfico pode-se afirmar que, sob uma mesma pressão, o ponto de ebulição do 1- butanol é maior do que o do éter dietílico. Explique esse comportamento com base na estrutura desses compostos. 3
17. Os pontos de ebulição, sob pressão de 1atm, da propanona, butanona, 3-pentanona e 3-hexanona são, respectivamente, 56, 80, 101 e 124 C. a) Escreva as fórmulas estruturais destas substâncias. b) Estabeleça uma relação entre as estruturas e os pontos de ebulição. 18. Considere duas soluções de iodo (I ), sendo uma em água (H O) e outra em tetracloreto de carbono (CCØ ), ambas com mesma concentração e em volumes iguais. As duas soluções são misturadas e agitadas por um tempo. Em seguida, elas são separadas por decantação. a) Assumindo que a concentração de I nas duas soluções é inferior ao ponto de saturação nos dois solventes, o que acontecerá com a concentração do I nas duas soluções após a decantação? b) Justifique sua resposta ao item A em função das polaridades dos solventes. 19. Uma das principais frações obtidas nas colunas de destilação de uma refinaria de petróleo é aquela correspondente à gasolina. Essa fração é uma mistura composta de hidrocarbonetos C - C ³ com faixa de ebulição de 38 a 177 C. Para assegurar o funcionamento correto do motor de combustão interna, a gasolina tem que ter volatilidade (facilidade de vaporização) adequada, o que é obtido pela mistura de hidrocarbonetos convenientes. Sabe-se que um dos fatores que influi nos pontos de ebulição dos hidrocarbonetos é a massa molar. Considere dois componentes da gasolina, hidrocarbonetos (I) e (II), cujas fórmulas estruturais estão representadas a seguir. I) HƒC-CH -CH -CH -CH -CHƒ II) HƒC-CH -CH -CH -CHƒ Identifique o hidrocarboneto que contribui para tornar mais volátil a gasolina, justificando sua resposta, e represente a fórmula estrutural de um isômero de cadeia do hidrocarboneto (II). 20. As moléculas de N e de CO, presentes na atmosfera, apresentam momento dipolar resultante igual a zero. Em contato com a água, cujas moléculas apresentam momento dipolar resultante diferente de zero (solvente polar), uma fração considerável do CO atmosférico passa para a fase aquosa, enquanto que o N permanece quase que totalmente na atmosfera. Desenhe a estrutura da molécula de CO e explique, utilizando equações químicas, a passagem do CO para a fase aquosa. 1-a) H O, PC؃ ( r 0) b) BHƒ, SF e CO ( r = 0) 2- RESPOSTAS c) Piramidal 4
3-a) Estruturas de Lewis: b) CH - geometria molecular tetraédrica PHƒ - geometria molecular piramidal com base triangular (pirâmide trigonal). 4-F F V V V 5-6- a) BaCØ : cloreto de bário. NaCØ: cloreto de sódio. b) O cloreto de metila é polar: 5
7-a) O gás formado é o dióxido de carbono ou gás carbônico. A fórmula molecular do etanoato de sódio é: HƒC O Na. 8-9-Ligação covalente polar. Apresenta diferença de eletronegatividade (Ð = 2,55-1,90 = 0,65) maior do que zero e menor do que 1,7. 10-a) Observe as estruturas a seguir:- b) Devido a maior eletronegatividade do flúor em relação ao carbono e hidrogênio, as nuvens eletrônicas que caracterizam as ligações covalentes envolvendo estes elementos apresentarão maior densidade na proximidade dos átomos de flúor. Nas moléculas I e II, como os átomos de F e H estão em posição cis, as estruturas resultarão em momentos de dipolo diferentes de zero, e tais espécies são polares. Na estrutura III, os átomos de F e H estão em posição trans, e o momento de dipolo resultante será zero, resultando em uma molécula apolar. 6
11-a) Observe a figura 1. O fato de o comprimento das ligações B-F, no BFƒ, serem menores do que o comprimento de uma ligação simples reforça a atribuição das contribuições das estruturas de ressonância, mesmo embora, em cada caso, o boro apresente carga formal -1, e o flúor +1. b) As estruturas de Lewis para as demais moléculas que participam desta reação são mostradas na figura 2. 12-a) Por existir grande estabilidade da camada eletrônica de valência em gases nobres. b) 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. 13-14- 15-a) PE (CH ) = 112K PE (NHƒ) = 240K PE (H O) = 373K b) CH ë Forças de Van der Waals portanto, PE baixo H O e NHƒ - massas moleculares próximas portanto, PE (H O) > PE(NHƒ) - H O possui maior polaridade 7
16-a) Aproximadamente 10 C. b) Devido às pontes de hidrogênio existentes entre as moléculas do 1- butanol. 17-18-a) A concentração da solução aquosa diminuirá e, na solução de tetracloreto de carbono, aumentará. b) Como o I é uma molécula apolar, ela terá maior solubilidade em solventes apolares. Ao misturar as duas soluções, haverá remoção do I do meio aquoso para o meio de tetracloreto de carbono (solvente apolar) devido à maior solubilidade do I em tetracloreto de carbono em relação à água. 19-O hidrocarboneto II contribui para deixar a gasolina mais volátil, pois, sua massa é menor e também sua nuvem eletrônica o que gera forças intermoleculares menores e conseqüentemente menor ponto de ebulição. Fórmula estrutural de um isômero de cadeia do hidrocarboneto (podemos ter duas respostas): 20-A molécula de CO é linear, pois apresenta duas nuvens eletrônicas e de acordo com a teoria da repulsão máxima dos pares eletrônicos ela apresenta a seguinte estrutura: O=C=O. O CO (g) reage com a água formando o ácido carbônico (H COƒ) que se decompões em cátion hidrogênio e ânion bicarbonato: CO (g) + H O(Ø) Ï H COƒ(aq) Ï H (aq) + HCOƒ (aq) assim verificamos como se dá a passagem do CO para a fase aquosa. 8