Química I Exame de 2ª Época, 7/2/2012 Resolução 1. a) b) A intensidade de corrente que passa no circuito (dada pelo nº de electrões que passa por unidade de tempo) depende da intensidade da radiação incidente. Quanto maior a intensidade da radiação mais fotões existem nessa radiação pelo que são ejectados mais electrões. Mais electrões ejectados, significa que mais 1
electrões passam na unidade de área transversal por unidade de tempo, o que corresponde a uma maior intensidade de corrente. A intensidade de corrente é proporcional ao nº de lâmpadas. Usava 2 lâmpadas de He (cada uma de 10 ma). 2. a) A primeira energia de ionização é muito menor que a segunda (e a terceira) energia de ionização. Trata-se de um elemento do grupo 1 (metal alcalino). A configuração electrónica de valência para estes elementos é ns 1. Isto significa que o primeiro electrão a ser arrancado é um electrão exterior ao cerne e que, por isso, sofre um grande efeito de blindagem, pelo que a carga nuclear efectiva que sobre ele se exerce é pequena. O segundo electrão a ser removido, correspondente a EI 2, é já um electrão do cerne e por isso menos blindado (sobre ele exerce-se uma carga nuclear efectiva bastante mais elevada. Para além deste factor há que referir que a EI2 (e EI3) correspondem a remover o electrão de uma espécie catiónica (ião de carga +1 ou +2) cujo raio é inferior ao da espécie neutra. A conjugação dos factores carga nuclear efectiva e raio atómico justificam o valor muito mais elevado para EI 2 dos metais alcalinos, em relação ao valor de EI 1. b) E 0 está relacionado com a energia de ionização, mas não é a energia de ionização. A energia de ionização define-se como a quantidade de energia que é necessário fornecer a 1 mole de átomos para arrancar 1 mole de electrões, no estado gasoso e fundamental, ficando os electrões arrancados com energia cinética nula. Na experiência do efeito fotoeléctrico o cátodo (onde incide a radiação) é constituído por um metal, ou seja está no estado sólido. 2
3. a) Previsão da geometria em torno de cada átomo central, usando a TRPECV Molécula Nº de pares de electrões na camada de valência Tipo de molécula Distribuição espacial dos pares electrónicos Geometria da molécula NO 3 C 1 H 3 C 2 HO NO 2 + N (átomo central) = 5 e O = 3 2 e = 6 e Carga = 1 e Total = 12 e Nº pares de e = 6 3 pares duplos Em redor do átomo central C 1 C 1 = 4 e H = 3 1e C 2 = 1 e Total = 8 e Nº pares de e = 4 Em redor do átomo central C 2 C 2 = 4 e C 1 = 1 e O = 2 e H = 1 e Total = 8e Nº pares de e = 4 1 par duplo e 2 pares simples N (átomo central) = 5e 2 O = 2 2e Carga (+) = 1e Total = 8e Nº pares de e = 4 2 pares duplos AX 3 Em redor do átomo central C 1 AX 4 Em redor do átomo central C 2 AX 3 AX 2 Triangular plana Em redor do átomo central C 1 : Tetraédrica Em redor do átomo central C 2 Triangular plana Linear Triangular plana (Ângulos de 120º) Em redor do átomo central C 1 : Tetraédrica (Ângulos de 109,5º) Em redor do átomo central C 2 Triangular plana (Ângulos de 120º) Linear (Ângulos de 180º) b) Descrição da ligação segundo a TEV. Molécula NO 3 Distribuição espacial dos pares electrónicos Triangular plana Hibridação do átomo central (sp 2 ) C 1 H 3 C 2 HO Em redor do átomo central C 1 : Tetraédrica (sp 3 ) Configuração electrónica do estado hibridado do átomo central N (sp 2 ) 2 (sp 2 ) 1 (sp 2 ) 1 1 2p z Para N fazer 3 ligações equivalentes: N + (sp 2 ) 1 (sp 2 ) 1 (sp 2 ) 1 1 2p z Átomo central C 1 : C (sp 3 ) 1 (sp 3 ) 1 (sp 3 ) 1 (sp 3 ) 1 3
NO 2 + Em redor do átomo central C 2 : Triangular plana (sp 2 ) Linear (sp) Átomo central C 2 C (sp 2 ) 1 (sp 2 ) 1 (sp 2 ) 1 2p z 1 N (sp) 2 (sp) 1 2p x 1 2p z 1 A carga do ião deve estar no N, por ser menos electronegativo que O: N + (sp) 1 (sp) 1 2p x 1 2p z 1 4
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7. a) C (diamante) é um sólido covalente - o tipo de ligação existente é, como diz o nome, covalente e portanto apresentam energias de ligação muito elevadas o que justifica os seus pontos de fusão também bastantes elevados. Entre eles o diamante é a substância que se mantém no estado sólido a temperaturas mais elevadas. Segue-se por ordem decrescente de pontos de fusão o Fe e finalmente o Ni. São metais e apresenta maior ponto de fusão o metal que tiver maior energia de coesão. A energia de coesão nos metais é directamente proporcional ao grau de preenchimento da banda de valência, ou seja, quanto maior for o número de electrões nos níveis ligantes da banda de valência e menor o número de electrões nos níveis antiligantes, maior será esta energia. O Fe tem 8 electrões de valência e o Ni tem 10 electrões de valência. Tanto o Fe como o Ni têm os níveis ligantes da banda de valência todos preenchidos, mas o Ni tem mais electrões nos níveis antiligantes. Assim será o Fe que apresentará maior energia de coesão e, portanto, maior temperatura de fusão. Assim: PF (C(diamante)) > PF (Fe) > PF(Ni) b) São três substâncias moleculares polares que apresentam forças intermoleculares de Van der Waals: Keesom, (dipolo permanente-dipolo permanente), Debye (dipolo permanente-dipolo induzido), London (dipolo 15
instantâneo-dipolo induzido) e NH 3 tem pontes de Hidrogénio (estabelecem-se entre moléculas que possuem um H ligado a um elemento muito electronegativo). As forças de Keesom e Debye são pouco importantes para estas moléculas já que qualquer uma delas não é pequena. Portanto, de entre as forças de Van der Waals, as de London são as que têm mais peso. As forças de London são tanto mais importantes quanto maior a polarizabilidade da molécula (quanto maior ela for, ou seja quanto mais electrões tiver). Assim, no que diz respeito às forças de London, e para as moléculas em causa, a sua importância relativa é AsH 3 > PH 3 > NH 3. No entanto, como as pontes de Hidrogénio são as mais importantes de entre as forças intermoleculares são elas que vão condicionar a ordenação dos pontos de fusão. Assim NH 3 apresenta a capacidade de fazer pontes de Hidrogénio e em relação às outras duas será a que terá maior temperatura de fusão. Assim: PF (NH 3 ) > PF (AsH 3 ) > PF (PH 3 ) 8 16
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