Exercícios Ligação Iônica Questão 1 Considere o composto hipotético CaF(s). internuclear de 2,67 x 10-10 m. b) Faça o ciclo de Born-Haber para o CaF indicando todas as etapas. c) Calcule a entalpia padrão de formação para o CaF, utilizando a resposta do item (a) e os dados termoquímicos que forem necessários. Comente sobre o valor obtido. Questão 2 Considere o composto hipotético Ca + O - (s). internuclear de 2,40 x 10-10 m. b) Faça o ciclo de Born-Haber para o Ca + O - indicando todas as etapas. c) Calcule a entalpia padrão de formação para o Ca + O -, utilizando a resposta do item (a) e os dados termoquímicos que forem necessários. Compare o calculado com o valor experimental de 635 kj mol -1. Parece razoável o valor obtido para a formulação Ca + O -? Questão 3 A figura abaixo mostra parte do ciclo de Born-Haber para a formação do NaCl(s) a partir de seus constituintes. Sabendo que a seta menor indica um consumo de 496 kj mol -1 de energia e, a seta maior, a liberação de 787 kj mol -1 de energia, responda:
a) A que processo corresponde os valores de energia indicados pelas setas no ciclo? Escreva a equação química correspondente a essas duas transformações, indicando os estados físicos de reagentes e produtos. b) Calcule a entalpia padrão de formação para o NaCl, utilizando os dados termoquímicos que forem necessários. c) Os sólidos iônicos NaCl e KCl formam o mesmo tipo de estrutura cristalina, logo eles tem o mesmo valor para a constante de Madelung. Em qual composto as interações entre os íons são mais fortes? Justifique. Questão 4 Considere o composto hipotético CsF 2 (s), em que estaria presente o íon Cs 2+. a) Calcule a sua energia de rede. Suponha a estrutura da fluorita e uma distância internuclear de 2,78 x 10-10 m. b) Considerando o valor obtido para a energia de rede do CsF 2, é possível explicar porque esse composto não existe? Justifique. c) Calcule, através do ciclo de Born-Haber, a entalpia padrão de formação para o CsF 2. d) A julgar pelo valor de (CsF 2,s) obtido, esse composto seria estável? Justifique. Questão 5 O óxido de magnésio, MgO, é um sólido branco usado, dentre outras coisas, como isolante em cabos industriais, como material básico para cadinhos refratários e como ingrediente principal para materiais de construção. a) Faça o ciclo de Born-Haber para o MgO indicando todas as etapas. b) Utilizando o ciclo de Born-Haber calcule a energia de rede para o MgO. c) Explique porque o MgO consiste de íons Mg 2+ e O 2- ao invés de íons Mg + e O -.
Exercícios Resolvidos Ligação Iônica Questão 1 Considere o composto hipotético CaF(s). internuclear de 2,67 x 10-10 m. E r = NA Z +Z e 2 4πε o r 1 1 n. E r = 6,02 1023 1,74756 +1 1 1,60 10 19 2 4π 8,854 10 12 2,67 10 10 1 1 8 E r = 2,693 10 14 2,971 10 20 0,875 E r = 793,3 kj mol 1 b) Faça o ciclo de Born-Haber para o CaF indicando todas as etapas. 1) H f (Ca,g) ou H at (Ca,s) 2) H f (F,g) ou H at (F 2,g) 3) H i (Ca,g) 4) H ae (F,g) 5) H rede c) Calcule a entalpia padrão de formação para o CaF, utilizando a resposta do item (a) e os dados termoquímicos que forem necessários. Comente sobre o valor obtido. CaF, s = H f (Ca,g) + H f (F,g) + H i (Ca,g) + H ae (F,g) + H rede CaF, s = 178,20 + 78,99 + 590,0 328,00 793,3 CaF, s = 274,11 kj mol 1
Questão 2 Considere o composto hipotético Ca + O - (s). internuclear de 2,40 x 10-10 m. E r = NA Z +Z e 2 4πε o r 1 1 n. E r = 6,02 1023 1,74756 +1 1 1,60 10 19 2 4π 8,854 10 12 2,40 10 10 1 1 8 E r = 2,693 10 14 2,670 10 20 0,875 E r = 882,5 kj mol 1 b) Faça o ciclo de Born-Haber para o Ca + O - indicando todas as etapas. 6) H f (Ca,g) ou H at (Ca,s) 7) H f (O,g) ou H at (O 2,g) 8) H i (Ca,g) 9) H ae (O,g) 1) H rede c) Calcule a entalpia padrão de formação para o Ca + O -, utilizando a resposta do item (a) e os dados termoquímicos que forem necessários. Compare o calculado com o valor experimental de 635 kj mol -1. Parece razoável o valor obtido para a formulação Ca + O -? Ca + O, s = H f (Ca,g) + H f (O,g) + H i (Ca,g) + H ae (O,g) + H rede Ca + O, s = 178,2 + 249,2 + 590,0 141,1 882,5 Ca + O, s = 6,2 kj mol 1 O valor obtido é muito pouco exotérmico, indicando que o composto Ca + O - não deve existir.
Questão 3 A figura abaixo mostra parte do ciclo de Born-Haber para a formação do NaCl(s) a partir de seus constituintes. Sabendo que a seta menor indica um consumo de 496 kj mol -1 de energia e, a seta maior, a liberação de 787 kj mol -1 de energia, responda: a) A que processo corresponde os valores de energia indicados pelas setas no ciclo? Escreva a equação química correspondente a essas duas transformações, indicando os estados físicos de reagentes e produtos. Seta menor, ionização do sódio: Na(g) Na + (g) + e - Seta maior, energia de rede: Na + (g) + Cl - (g) NaCl(s) b) Calcule a entalpia padrão de formação para o NaCl, utilizando os dados termoquímicos que forem necessários. NaCl, s = H f (Na,g) + H f (Cl,g) + H i (Na,g) + H ae (Cl,g) + H rede NaCl, s = 121,7 + 107,1 + 496 + 348,8 + 787,0 kj mol 1 NaCl, s = 411,0 kj mol 1 c) Os sólidos iônicos NaCl e KCl formam o mesmo tipo de estrutura cristalina, logo eles tem o mesmo valor para a constante de Madelung. Em qual composto as interações entre os íons são mais fortes? Justifique. As interações iônicas devem ser mais fortes no NaCl, pois o raio iônico do Na + é menor do que o raio iônico do K +. Isso ocorre porque a força que atrai os íons é inversamente proporcional à distância entre eles, como se pode ver na fórmula de energia de rede: E r = NAZ +Z e 2 1 1 4πε o r n
Questão 4 Considere o composto hipotético CsF 2 (s), em que estaria presente o íon Cs 2+. a) Calcule a sua energia de rede. Suponha a estrutura da fluorita e uma distância internuclear de 2,78 x 10-10 m. Assim como na primeira questão desta lista, basta aplicar a fórmula de energia de rede. E r = 6,02 1023 2,51939 +2 1 1,60 10 19 2 4π 8,854 10 12 2,78 10 10 1 1 E r = 7,765 10 14 3,093 10 20 0,917 E r = 2302,1 kj mol 1 12 b) Considerando o valor obtido para a energia de rede do CsF 2, é possível explicar porque esse composto não existe? Justifique. Não. Analisando apenas a energia de rede desse composto, observa-se um valor muito negativo, o que mostra apenas uma grande atração eletrostática. Para dizer qualquer coisa a respeito da possibilidade desse composto existir é necessário calcular seu. c) Calcule, através do ciclo de Born-Haber, a entalpia padrão de formação para o CsF 2. 1) H f (Cs,g) ou H at (Cs,s) 2) H f (F,g) ou H at (F 2,g) 3) H i (Cs,g) 4) H i (Cs +,g) 5) H ae (F,g) 6) H rede CsF 2, s = H f (Cs,g) + 2 H f (F,g) + H i (Cs,g) + H i (Cs +,g) + 2 H ae (F,g) + H rede CsF 2, s = 76,1 + 2(79,0) + 376,0 + 2420,0 2(328,0) 2302,1 CsF 2, s = 72 kj mol 1 d) A julgar pelo valor de (CsF 2,s) obtido, esse composto seria estável? Justifique. Não. O valor obtido é positivo, indicando que o composto não deve existir.
Questão 5 O óxido de magnésio, MgO, é um sólido branco usado, dentre outras coisas, como isolante em cabos industriais, como material básico para cadinhos refratários e como ingrediente principal para materiais de construção. a) Faça o ciclo de Born-Haber para o MgO indicando todas as etapas. Etapas do ciclo: 1) H f (Mg,g) ou H at (Mg,s) 2) H f (O,g) ou H at (O 2,g) 3) H i (Mg,g) 4) H i (Mg +,g) 5) H ae (O,g) 6) H ae (O -,g) 7) H rede b) Utilizando o ciclo de Born-Haber calcule a energia de rede para o MgO. H f (MgO,s) = H f (Mg,g) + H f (O,g) + H i (Mg,g) + H i (Mg +,g) + H ae (O,g) + H ae (O -,g) + H rede -601,2 = 147,7 + 249,2 + 738 + 1451 141,1 + 798 + H rede H rede = -3844 kj mol -1 c) Explique porque o MgO consiste de íons Mg 2+ e O 2- ao invés de íons Mg + e O -. Para adquirir a configuração do gás nobre, o magnésio tende a perder dois elétrons, enquanto o oxigênio tende a ganhar dois elétrons.