Lista de exercícios e gabarito sobre Ligações Químicas

Lista de exercícios e gabarito sobre Ligações Químicas

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REVISÃO SOBRE TABELA PERIÓDICA E NÚMEROS QÜÂNTICOS 1. Exponha a regra do octeto. Ela se aplica tanto a compostos iônicos quanto covalentes? Dê exemplos.

Sobre a Regra, veja a apostila, pg. 27. Aplica-se a ambos. 2. O que são elétrons de valência? Quantos elétrons de valência um átomo de nitrogênio possui? Um átomo tem configuração eletrônica 1s2 2s2 2p6 3p2. Quantos elétrons de valência o átomo tem?

São elétrons da camada mais externa. N tem três. Dois. 3. O que é a regra do octeto? Quantos elétrons um átomo de S (Z = 16). deve ganhar para atingir um octeto em seu nível de valência? Se um átomo tem a configuração eletrônica 1s2 2s2 2p3, quantos elétrons ele deve ganhar para atingir um octeto?

qualitativamente, o tamanho destes íons com os átomos neutros de origem.

Ânions são maiores que os átomos de origem, cátions são menores. A diferença é maior para elementos mais leves. 5. Quais os números quânticos para os elétrons de valência de antimônio (Sb, Z = 51)?

Sb = (Kr) 5s2 4d10 5p3. Os elétrons de valência são cinco: 5s2 e 5p3

Os números quânticos são: (5 0 0 ½) (5 0 0 -½) (5 1 -1 ½) (5 1 0 ½) (5 1 1 ½) 6. a) Quantos orbitais atômicos existem na camada L? b) Qual é o número máximo de elétrons em um subnível d? c) Quantos subníveis existem na camada de n = 4? Quais orbitais atômicos esta camada possui? a) Dois b) Dez c) Quatro d) 1 + 3 + 5 + 7 = 16 7. Que características de um orbital atômico são determinadas pelos números quânticos principal, secundário e magnético? Quais deles são mais importantes para o cálculo da energia do elétron no orbital?

V. apostila. Os mais importantes são o principal e o secundário. 8. Explique porque Mg2+ é menor que S2–, enquanto o átomo de magnésio é maior do que o átomo de enxofre.

Mg2+ é muito menor que Mg, pois tem estrutura eletrônica de Ne (Z=10), mas é ainda mais compacto que este, por ter carga central maior.

S2– tem estrutura eletrônica do Ar (Z=18), mas é maior que este, por ter carga central maior. 9. Defina eletronegatividade e mostre qual sua tendência dentro dos grupos e períodos da tabela periódica.

V. apostila pg. 3

LIGAÇÕES QUÍMICAS 10. Relacione a tendência dos átomos de perder ou receber elétrons com os tipos de ligações que eles formam. Defina, dê exemplos e cite as principais características de cada tipo de ligação.

V. apostila pg. 7, pg. 5, etc.

1. Ao reagir com metais, o Br aceita um elétron para formar Br -, presente por exemplo no KBr ou o CaBr2.

Mas não encontramos compostos como K2Br ou CaBr. Explique esse fato em termos de energia dos orbitais. Para formar estes compostos iônicos, o Br precisaria aceitar dois elétrons, o que exigiria a ocupação de um orbital de alta energia, o 5s, com um destes elétrons. 12. Indique a condutividade e mostre o mecanismo de condução dos seguintes compostos: a) NaCl (fundido) b) NaCl (solução aquosa) c) NaCl (sólido) d) Cu (sólido) e) CCl 4(líquido) a) Condutor, condução iônica b) Idem c) isolante d) Condutor, condução metálica 13. Por que os compostos iônicos geralmente apresentam elevadas temperaturas de fusão, enquanto que a maioria dos compostos covalentes simples tem baixas temperaturas de fusão?

Iônicos: fusão implica em romper ligação iônica, que é forte

Moléculas: fusão implica em romper ligações secundárias. 14. Uma substância XY, formada a partir de dois elementos diferentes, entra em ebulição a –33o C. É mais provável que XY seja uma substância iônica ou covalente? Explique.

Covalente. Vide acima. 15. Explique o elevado ponto de fusão do diamante.

O diamante é um cristal formado por ligações covalentes. Fundi-lo corresponde a romper eestas ligações. 16. a) O que você entende por número de coordenação? b) Por que os cristais iônicos não apresentam número de coordenação 12? c) O que você espera que ocorra com o número de coordenação de um cristal quando diminui a relação entre o raio de cátion e do ânion? a) Número de vizinhos em cristal. b) V. pg. 20 e seguintes. c) V. pgs. 24 e 43 d) V. pg. 45 17. Como o arranjo dos compostos iônicos influencia seu ponto de fusão, sua dureza e sua dutilidade?

Compostos iônicos: cristais, com ligações fortes (força depende da força de Coulomb, que envolve carga e distância). Ponto de fusão e dureza: altos, e seu valor depende da carga, distância e

PQI-2100 – 2007LISTA DE QUESTÕES 1 (LIGAÇÕES) COM ALGUMAS RESPOSTAS

configuração eletrônica. Dutilidade: baixa, pois usualmente é difícil deformar cristais iônicos (v.

mecanismo de deformação na apostila pg. 71), uma vez que poderíamos ter cargas similares frente a frente. 18. Um dos processos para a obtenção de sal de cozinha consiste em evaporar a água do mar, obtendo-se desta forma cristais de NaCl. Explique porque os compostos iônicos, ao se solidificarem, formam cristais.

Porque a ligação é apenas eletrostática e portanto não se esgota em cada par iônico. Cada novo íon disponível pode se encaixar no cristal qu vai se formando. 19. O que você espera que ocorra com a solubilidade em água dos compostos iônicos à medida que aumenta a força da ligação iônica? A estabilidade de alguma coisa é sempre um conceito relativo. Se a força da ligação iônica aumenta e a força das ligações entre estes íons e a água não aumenta correspondentemente, então a solubilidade diminui. 20. Apresentamos a seguir a energia liberada na formação do reticulado de alguns sais de K+ e F–, em kJ/mol: NaF: 923; MgF2: 2957; AlF3: 5497; KF: 821; ClF: 715; BrF: 682; IF: 649. Explique estes valores. Para os três primeiros, o crescimento da energia se explica pelo aumento da carga (1, 2, 3). Para os quatro últimos, o decréscimo se explica pelo aumento da distância entre as cargas (Cl é maior que K, e

compostos iônicos.

Porque é mais difícil romper uma ligação compartilhada. 2. Por que o diamante e o sal grosso (NaCl) tem durezas tão diferentes se ambos são sólidos cristalinos?

Porque o diamante tem ligações covalentes. 23. a) O que significa o termo sobreposição quando o mesmo se relaciona aos orbitais atômicos dos átomos? b) Represente a sobreposição entre dois átomos, cada um possuindo um elétron de valência em seu orbital 1s. c) Represente a sobreposição entre dois átomos, cada um possuindo um elétron de valência em seu orbital 2p. d) Idem, cada um possuindo dois elétrons na camada 2p. Represente esquematicamente.

V. apostila pg. 14 24. A sobreposição de orbitais atômicos para a formação de uma ligação covalente dá origem a quantos orbitais moleculares? Quais são as características desses orbitais moleculares?

Cada orbital atômico dá origem a um orbital molecular, um deles de menor energia que o outro.

O de menor energia será ocupado preferencialmente e é denominado orbital ligante. O outro, se possível, não será ocupado, e é denominado orbital antiligante. 25. Faça esboços ilustrando a superposição entre os seguintes orbitais em dois átomos: (a) o orbital 2s em cada um; (b) o orbital 2pz em cada um (suponha os átomos no eixo z); (c) um orbital 2s com um orbital 2p. V. apostila pg. 14

26. a)Esboce uma ligação s construída a partir de orbitais p. b) Esboce uma ligação p. c) Numa ligação dupla, qual ligação geralmente é rompida inicialmente: uma s ou uma p? Explique. a) V. apostila pg. 14 b) A ligação p é mais externa e “protege” a ligação s, sendo por isso rompida inicialmente

(Observação: com sp2 também seria possível atender às quatro ligações, ficando a ligação C-C por conta dos orbitais p restantes. Entretanto, a repulsão entre elétrons favorece mais a sp3, que deixa os vários orbitais a aproximadamente 109o, enquanto a sp2 deixaria alguns a 120o, mas outros a 90o).

No C2H4 cada carbono faz duas ligações simples com hidrogênio e portanto é razoável que faça uma dupla com o outro carbono. A ligação p da ligação dupla só pode ser feita por orbitais p. Assim, sua hibridização deve ser sp2, com ângulos próximos de 120o. Tem-se uma ligação s da ligação dupla (sp2 com sp2) e quatro ligações s entre C e H (sp2 com s).

No C2H2 cada carbono faz uma ligação com hidrogênio e uma ligação tripla com o outro carbono. Assim, sua hibridização deve ser sp, com ângulos de 180o. Entre os carbonos, tem-se uma ligação s (sp com sp) e duas ligações p (p com p). Os hidrogênios formam, evidentemente, ligações s (sp com s).

No 1--2 propadieno (C3H4) os dois carbonos das pontas são semelhantes aos do C2H4. O carbono do meio formará então duas ligações duplas (uma com cada carbono). Cada uma contém uma ligação do tipo s e outra do tipo p. Assim, este carbono deverá dispor de dois orbitais p para as ligações p e dois orbitais hibridizados para as ligações s. Elas serão, portanto, do tipo sp.

28. Dados quatro orbitais atômicos, um s e três p’s, e a configuração de quatro orbitais híbridos resultantes, sp3, explique as diferenças em forma e orientação destes orbitais.

V. apostila pg. 59 29. Qual é a designação para os orbitais híbridos formados a partir de: (a) um s e dois p; (b) um s e três p.

a) sp2b) sp3

30. a) Começando pelo diagrama de orbital do boro, descreva as etapas necessárias para construir orbitais híbridos apropriados para descrever a formação de BF3. b) Qual o tipo dos orbitais híbridos do B e dos orbitais moleculares no BF3? c) Desenhe no espaço estes orbitais. d) Existem orbitais atômicos de valência no B que não sofrem hibridação? Caso sim, como eles estão orientados em relação aos orbitais híbridos? a) V. apostila pg. 60 b) V. pg. 61 (Figura 7-b e sua legenda) c) Detalhe a figura 7-b d) Sim, a 90o do plano das sp2 (Figura 7-a, pg. 61)

31. As moléculas BF3 e SO3 são descritas como trigonais planas. Essa informação define exatamente seus ângulos de ligação? Por quê?

Como todos os três orbitais híbridos estão sendo utilizados da mesma maneira (com F no primeiro caso, com O no segundo), as moléculas são simétricas em relação ao átomo central. Portanto, os ângulos só podem ser de 120o. 32. Qual é a ordem de ligação do íon He2+? Compare sua estabilidade com a de He separado e a de He+.

O He2 tem dois elétrons em orbital ligante e dois em antiligante, e tem ordem de ligação nula.

Para formar o He2+, o orbital antiligante fica com apenas um elétron. Assim, sua ordem de ligação é (2- 1)/2 = 0,5. Assim, se este íon formar uma ligação iônica, esta deverá se razoavelmente estável. Deverá ser mais estável que He+, uma vez que formar este íon corresponde a destruir uma estrutura eletrônica de gás nobre, que é muito estável.

3. Considerando as moléculas CO2, H2O, NF3 e BF3, quais delas possuem um momento dipolo elétrico resultante e quais não possuem? Explique levando em conta as eventuais hibridizações.

V. Tabela 3-3 (pg. 67). BF3 é semelhante a BCl3NF3 é geometricamente semelhante a NH3, mas o F

é altamente eletronegativo, invertendo a direção da polarização.

34. a) Se os orbitais de valência de um átomo são híbridos sp, quantos orbitais p não hibridizados permanecem no nível de valência? Quantas ligações pi o átomo pode formar? Isto depende do número de elétrons no nível de valência? b) Quantas ligações sigma e pi geralmente fazem parte de uma ligação tripla? c) De que modo ligações múltiplas trazem rigidez às moléculas?

a) dois; duas, se os dois orbitais p tiverem elétrons desemparelhados; simb) uma sigma e duas

pi c) bloqueando a rotação.

36. Para os compostos NH3, PH3 e AsH3, os ângulos formados entre as ligações com o átomo central são, respectivamente, 107o, 94o e 92o. Sugira um motivo.

O P e o As não formam híbridos facilmente, porque têm camadas preenchidas abaixo da camada de valência, e as direções espaciais de seus orbitais p e d internos seriam incompatíveis com os ângulos “estranhos” dos híbridos, como 109o e 120o. Ou seja, haveria sobrreposição assimétrica dos orbitais híbridos com os orbitais atômicos. Assim, P e As fazem ligações s utilizando seus orbitais p, que têm ângulos de 90o entre si, e se afastam ligeiramente deste ângulo devido à repulsão entre eles. 37. O que você espera que ocorra com o ponto de fusão de um polímero se forem formadas ligações covalentes entre as cadeias poliméricas? Qual a influência destas ligações sobre a fusibilidade de plásticos?

O ponto de fusão cresce muito, pois, sem estas ligações, a fusão corresponderia apenas ao rompimento de ligações secundárias. 38. Por que a vida e baseada no elemento carbono? Por que não existem formas de vida baseadas no silício?

Porque o carbono forma muitos tipos de hibridização, o que gera uma grande variedade de moléculas longas e estáveis (uma vez que a ligação é covalente). 39. Comente a seguinte afirmação: “As ligações químicas são ou 100% iônicas ou 100% covalentes”.

Exemplifique analisando o caráter covalente ou iônico das ligações em F2, NF3, CF4, BF3, BeF2 e LiF.

F2, evidentemente, tem ligação essencialmente covalente, por questões de simetria. À medida que substituímos o segundo flúor por um elemento com eletronegatividade diferente da dele, a molécula passa a ter caráter iônico. Este caráter cresce com o aumento da diferença, até o extremo do Li e F, que formam ligação essencialmente iônica. 40. Quais as principais propriedades dos materiais metálicos e como elas podem ser explicadas?

V. apostila pg. 68 e seguintes. V. tb pg. 5.

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