Estrutura Atmica

61

d) Dois eltrons podero estar no mesmo orbital desde que apresentem a mesma rotao (spin)

e) O subnvel 3d, embora esteja no terceiro nvel, mais energtico que o subnvel 4s, que do quarto nvel

139. Quantos nveis de energia esto ocupados pelos eltrons do 29Cu ?

140. Qual o conjunto de nmeros qunticos dos seguintes eltrons?

a) 3s1

b) 4d1

c) 5p2 (o ltimo eltron)d) 6f5 (o penltimo eltron)

62

TABELA PERIDICA

Dizemos que um evento peridico quando se repete regularmente em funo de um parmetro.

Por volta de 1800 Dmitri Ivanovitch Mendeleiev estabeleceu que algumas propriedades fsicas e qumicas dos elementos variam periodicamente em funo de suas massas atmicas.

Com a introduo do nmero atmico no final do sculo XIX por Moseley, os cientistas verificaram que a Lei Peridica de Mendeleiev precisava de um ajuste, pois o verdadeiro parmetro de periodicidade era o nmero atmico, sendo

ento formulada assim a Lei Peridica Atual:

Lei Peridica:

Algumas propriedades fsicas e qumicas dos elementos variam periodicamente em funo de seus nmeros atmicos.

DESCRIO DA TABELA PERIDICA

Os elementos qumicos esto dispostos em ordem crescente de seus nmeros atmicos.

Existem sete linhas horizontais denominadas de perodos. Os elementos que esto num mesmo

Tabela Peridica

63

perodo apresentam o mesmo nmero de nveis de energia ocupados por eltrons no estado fundamental.

Existem dezoito linhas verticais denominadas de grupos, colunas ou famlias. Os elementos que esto numa mesma famlia apresentam propriedades qumicas semelhantes, pois apresentam o mesmo nmero de eltrons no nvel de valncia ou seja, o nvel mais externo.

Segundo recomendaes da IUPAC, desde1985 ficou adotada a numerao de 1 a 18 para as colunas da tabela peridica, mesmo assim ainda comum encontrarmos as colunas com classificaes em A e B.

Nas colunas A (1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 e 18) esto os elementos representativos, tpicos ou normais e estes elementos terminam sua distribuio eletrnica em s ou p. J nas colunas B (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 e 12) esto os elementos de transio ou transio externa (possuem a distribuio eletrnica terminando num subnvel d) ou transio interna (possuem a distribuio eletrnica terminando com o subnvel f).

Os quinze elementos (57 a 71), todos pertencentes ao grupo IIIB, foram inicialmente chamados de terras raras, pelo aspecto terroso de seus compostos com o oxignio e porque se acreditava que fossem rarssimos. Sabe-se hoje que a crosta terrestre constituda por 2 x 10-5% do elemento prata. Com esses dados verifica-se que os lantandeos ocorrem mil vezes mais que a prata,

o que no os credencia a serem chamados terras raras. O lantnio d o nome srie, e o seu nome deriva do grego lanthnien, que significa estar oculto. So conhecidos como segundas terras raras os quinze elementos cujos nmeros atmicos vo de 89 a 103, todos tambm colocados no grupo IIIB. Os de nmeros atmicos 93 a 103 so chamados de transurnicos. O actnio d nome ao grupo e deriva do grego aktis, akunos (raio), pela radioatividade do elemento.

bom saber que as propriedades qumicas entre os elementos de transio interna so muito semelhantes, pois o eltron diferenciador adicionado na antipenltima camada deixando intacta a ltima camada, responsvel, como sabemos, pelas propriedades qumicas dos elementos. Entende-se por eltron diferenciador o ltimo eltron adicionado a configurao eletrnica do tomo.

A maioria dos elementos qumicos metal. A maioria est no estado slido nas condies ambientais; apenas mercrio e bromo so lquidos e hidrognio, nitrognio, oxignio, flor, cloro, hlio, nenio, argnio, criptnio, xennio e radnio so todos gasosos nas condies ambientais que 25oC e 1 atm de presso.

Tabela Peridica

64

TABELA PERIDICA ATUAL

METAIS ALCALINOS ns1 Li, Na, K, Rb ,Cs e Fr

METAIS ALCALINO TERROSOS ns2

Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra

FAMLIA DO BORO ns2 np1 B, Al, Ga, In, Tl

FAMLIA DO CARBONO ns2 np2 C, Si, Ge, Sn, P

FAMLIA DO NITROGNIO ns2 np3 N, P, As, Sb, Bi

CALCOGNIOS OU CHALCOGNIOS ns2 np4

O, S, Se, Te, Po

HALOGNIOS ns2 np5 F, Cl, Br, I, At

GASES RAROS, NOBRES OU INERTES ns2 np6

He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn

EXERCCIOS

Observe a Tabela Peridica a seguir e responda as questes que se seguem

PRINCIPAIS FAMLIAS X CAMADA DE VALNCIA

141. Que elemento contm sete nveis ocupados por eltrons ?

a. ( ) M b. ( ) G c. ( ) H d. ( ) W e. ( ) L

Tabela Peridica

65

142. Que elemento metal alcalino e reage violentamente com a gua ?

a. ( ) A b. ( ) S c. ( ) B d. ( ) C e. ( ) W

143. Que elemento est no terceiro perodo da Tabela Peridica e encontrado nos combustveis fsseis como uma impureza e quando queimada d origem a gases que faro com que a chuva seja mais cida do que naturalmente j , fenmeno inclusive chamado de chuva cida ?

a. ( ) J b. ( ) L c. ( ) T d. ( ) C e. ( ) E

144. Que elemento qumico poderia ser colocado dentro do bulbo de uma lmpada incandescente sem causar problemas de oxidao do filamento ?

a. ( ) W b. ( ) A c. ( ) L d. ( ) R e. ( ) J

145. Que elemento foi inicialmente colocado nos dirigveis, tipo Zepelin, sendo inclusive o elemento qumico mais abundante em quantidade na gua do mar ?

a. ( ) H b. ( ) T c. ( ) I d. ( ) A e. ( ) P

146. Que elemento tem configurao eletrnica terminando em d ?

a. ( ) F b. ( ) B c. ( ) L d. ( ) P e. ( ) I

147. Que elemento qumico tem comportamento qumico semelhante ao elemento qumico D?

a. ( ) A b. ( ) N c. ( ) C d. ( ) E e. ( ) P

148. Que elemento qumico isoeletrnico de C+?

a. ( ) C b. ( ) N c. ( ) T d. ( ) B e. ( ) P

PROPRIEDADES PERIDICAS

So as que se repetem a intervalos regulares, isto , crescem e decrescem com o aumento do nmero atmico. Na nossa apostila, estudaremos algumas propriedades peridicas. Iniciaremos pelo Raio Atmico.

Raio Atmico

bom que compreendamos que o tomo no tem tamanho definido, pois a probabilidade de se encontrar o eltron a uma certa distncia do ncleo atinge valores muito pequenos a grandes distncias do ncleo, mas no se anula bruscamente. O que torna difcil a idia de limitar o tamanho do tomo.

Podemos definir raio atmico como sendo a metade da menor distncia entre dois ncleos de tomos iguais ligados entre si. O tamanho do tomo depende do nmero de nveis de energia e da atrao nuclear pelos eltrons do ltimo nvel.

As setas indicam a ordem crescente das propriedades.

Esquema para obter o raio atmico.

Tabela Peridica

66

Energia de Ionizao

A primeira energia de ionizao de um tomo a energia mnima necessria para remover o eltron de maior energia do tomo neutro no estado gasoso.

X(g) + E X1+

(g) + 1e-

No difcil prever-se que a energia de ionizao aumenta a cada eltron retirado, porque a atrao eletrosttica entre o ncleo e os eltrons tambm aumenta. Nas famlias e nos perodos a energia de ionizao aumenta no mesmo sentido em que o raio diminui. Expressamos a energia de ionizao em KJ/mol e s vezes em eltrons-volt. Esta energia corresponde energia adquirida por um eltron ao ser acelerado por uma ddp eltrica de 1V. (1eV = 96,5KJ/mol)

Eletronegatividade

Propriedade que certos tomos possuem de atrair par de eltrons quando combinados. Atualmente j so conhecidas as eletronegatividades de Pauling de alguns gases raros, como o xennio (2,6) e radnio (0,7).

Afinidade Eletrnica ou Eletropositividade

A afinidade eletrnica aplica-se aos tomos isolados, e comumente o processo exotrmico. Isto decorre do fato da adio de eltrons produzir uma estrutura mais estvel, e conseqentemente, com um contedo energtico menor.

X(g) + 1e-

X 1-

(g) + E

Exemplo: F(g) + 1e- F

1-

(g) + E

(1s2,2s2,2p5) (1s2,2s2,2p6)

Carter Metlico ou Eletropositividade

a tendncia que um tomo possui de ceder seus eltrons para um tomo de outro elemento qumico.

Tabela Peridica

67

Ponto de Fuso e Ebulio

Ponto de Fuso

Temperatura acusada no termmetro quando um material estiver passando do estado slido para o lquido.

Ponto de Ebulio

Temperatura acusada no termmetro quando o material estiver passando do estado lquido para o gasoso.

Densidade Absoluta ou Massa Especfica

Razo entre a massa de um material e o volume que esta massa ocupa.

Volume Atmico

Volume ocupado por 6,02 x 1023 tomos do elemento no estado slido mais o volume ocupado pelos espaos vazios entre os tomos

Tabela Peridica

68

Reatividade Qumica

EXERCCIOS

149. Sobre a tabela peridica podemos afirmar:

0 0 A eletronegatividade dos halognios aumenta com o aumento do nmero atmico

1 1 O raio atmico dos metais alcalino-terrosos aumenta com o aumento do nmero atmico

2 2 Os metais mais densos esto na parte superior da Tabela Peridica e nas extremidades

3 3 Os gases nobres so os elementos de menor energia de ionizao

4 4 Os calcognios apresentam no nvel mais externo configurao eletrnica do tipo ns2 np4

150. Um elemento que apresenta nmero atmico 35 localiza-se no:

a) 3o perodo, famlia 15 b) 3o perodo, famlia 13c) 4o perodo, famlia 15d) 4o perodo, famlia 17e) 3o perodo, famlia 17

151. Assinale o correto (1a coluna) e o falso (2a coluna).

0 0 Em um mesmo perodo, os elementos apresentam o mesmo nmero de nveis com eltrons.

1 1 Os elementos do grupo 2 apresentam, na ltima camada a configurao geral ns2.

2 2 Quando o subnvel mais energtico do tipo s ou p , o elemento de transio.

3 3 Em um mesmo grupo, os elementos apresentam o mesmo nmero de camadas eletrnicas ocupadas por eltrons.

4 4 Elemento cujos tomos tenham configurao ns2 np5 no nvel de valncia so metais.

152. O grfico apresenta as energias de ionizao de um tomo de nitrognio:

Pela anlise do grfico, pode-se concluir, com relao ao tomo de nitrognio, que:

a) O nvel eletrnico mais externo tem apenas dois eltrons.

b) O sexto eltron muito mais difcil de ionizar do que os demais.

c) A quinta energia de ionizao corresponde ao processo Cl(l) - 5e

- Cl(l) 5-.

d) O tomo apresenta cinco eltrons com alta energia e dois com baixa energia.

e) A energia de 500 e.V. suficiente para ionizar os sete eltrons.

153. Qual dos grficos descreve melhor a variao de energia necessria para remover os quatro eltrons do tomo de berilo?

a) b)

Tabela Peridica

69

c)

e)

d)

154. As letras W, X, Y e Z designam quatro elementos escolhidos entre aqueles das colunas 1, 2 e 13 da tabela peridica (antigas colunas IA, IIA e IIIA). Seus tomos tm as energias de ionizao mostradas na tabela abaixo.

Os valores das sucessivas energias de ionizao de um tomo podem dar uma indicao de seu nmero de eltrons de valncia.

Analisando as informaes contidas na tabela, conclui-se que a associao correta entre um elemento e a coluna a que ele pertence na tabela peridica :

a) W coluna 1 (IA)b) X coluna 2 (IIA)c) Y coluna 1 (IA)d) Z coluna 13 (IIIA)

155. Qual a famlia na qual o elemento de configurao eletrnica [Ar]3d54s2, no estado fundamental, ocupa:

a) 1b) 2c) 7d) 17e) 18

156. Com relao a um tomo A e o ction formado a partir deste nucldeo, correto afirmar,

exceto:

a) A tem o mesmo nmero de prtons que A1+;

b) O raio atmico de A maior que o raio inico de A1+;

c) A primeira energia de ionizao de A1+ maior do que a de A;

d) A e A1+ nem sempre tm o mesmo nmero de nutrons;

e) A tem maior nmero de eltrons que A1+.

70

LIGAES QUMICASINTRODUO

A formao de ferrugem ou a erupo de um vulco so fenmenos naturais que seguem uma mesma lei fundamental: os processos tendem a ocorrer na busca de um estado mais estvel, ou seja, uma situao de menor energia.

O conceito de estabilidade est ligado a uma certa resistncia s mudanas. Assim, quanto mais inerte for um sistema, maior ser sua estabilidade. o que ocorre, por exemplo, com o aquecimento de um tijolo e uma folha de papel.

Enquanto o tijolo no sofre alteraes importantes, a folha de papel pode entrar em combusto. Note que, com relao ao calor, o tijolo mais estvel que o papel.

Foi por meio desse raciocnio que os cientistas perceberam por que os tomos ligavam-se entre si. Ou seja, dessa maneira os tomos eram conduzidos a um estado menos energtico e, portanto, mais estvel.

Em condies normais, os nicos elementos cujos tomos so estveis na forma isolada so os gases nobres.

Como todas as propriedades qumicas dos elementos esto relacionadas s suas

tomos ligados tendem a ser mais estveis que tomos isolados.

tomos ligados

ener

gia

estabilizao

tomos isolados

Ligaes Qumicas

71

configuraes eletrnicas, os cientistas concluram que a estabilidade dos gases nobres estava relacionada ao fato de os tomos desses elementos possurem a camada de valncia completa no estado fundamental.

Assim, os demais elementos deveriam estabelecer ligaes, doando, recebendo ou compartilhando eltrons de modo a adquirir uma configurao eletrnica igual de um gs nobre (camada de valncia completa).

Em 1916, o cientista americano Gilbert N. Lewis props que os tomos formam ligaes compartilhando seus eltrons para completar a camada de valncia (modelo do octeto).

Observao

H + H H : H H - H

EXERCCIOS

157. Indicar o tipo de ligao qumica (metlica, inica, covalente), em cada caso:

a) Ferrob) ICl5c) Rb2Sd) CaOe) C6H12O6f) (NH2)2COg) Diamanteh) Ouro

158. O grfico abaixo se refere a dois tomos em equilbrio.

Todas as afirmativas so corretas, exceto:

a) O comprimento da ligao 74 pm.b) Os ons se encontram isolados no ponto 1.c) Os ons esto em equilbrio no ponto 3.d) A menor estabilidade ocorre no ponto 3.e) As foras de repulso prevalecem no ponto 4.

159. Classifique a afirmao seguinte (UPE-2005) como verdadeira ou falsa. Se a afirmao for verdadeira justifique-a; se for falsa corrija-a.

O acrscimo de energia potencial dos tomos, medida que se aproximam mutuamente, um forte indcio da formao da ligao, e a distncia entre os ncleos, para a qual a energia potencial mxima, chamada de comprimento de ligao.

Ligaes Qumicas

72

PARA FORMULAR COMPOSTOS INICOS

CX+ + AX- CA

CX+ + AY- CYAX

EXERCCIOS

161. Para adquirir a configurao eletrnica de um gs nobre, que carga ir ter cada tomo?

a) Potssio ( ) 3 +b) Oxignio ( ) 2-c) Alumnio ( ) 1+d) Bromo ( ) 2+e) Brio ( ) 1-f) Fsforo ( ) 3-

160. A curva a seguir mostra a variao de energia potencial EP em funo da distncia entre os tomos, durante a formao da molcula H2 a partir de dois tomos de hidrognio, inicialmente a uma distncia infinita um do outro.

Em relao s informaes obtidas da anlise do grfico, assinale a afirmativa FALSA.

a) A energia potencial diminui na formao da ligao qumica.b) A quebra da ligao H-H consome 458kJ/

mol.c) O comprimento de ligao da molcula H2

de 7,40x10 -11 m.d) Os tomos separados por uma distncia

infinita se atraem mutuamente.

LIGAO INICA

Uma ligao inica ocorre quando um ou mais eltrons so transferidos da camada de valncia (ltima camada) de um tomo metlico (M0) para a camada de valncia de um tomo ametlico (A0). O tomo que perde eltrons torna-se ction (MZ+) e o que ganha eltrons torna-se nion (AZ-). A ligao inica resulta da atrao entre os ons com cargas opostas.

Ligaes Qumicas

73

162. D as frmulas dos compostos inicos resultantes:

a) Sr2+ + C l b) Rb+ + SO

2-

4 c) Al3+ + PO3-4 d) NH

+

4 + S2- e) Fe2+ + NO-3

f) Fe3+ + NO-3

163. O on do tomo que forma composto inico com o nion cloreto na proporo 1 : 1 tem distribuio eletrnica:

a) 1s2

b) 1s2 2s2

c) 1s2 2s1

d) 1s2 2s2 2p1

e) 1s2 2s2 2p2

164. A alternativa em que os elementos de cada par tendem a apresentar entre si o comportamento indicado na respectiva coluna :

a)b)c)d)e)

Caractersticas Gerais dos Compostos Inicos

1) So slidos a 25oC e 1 atm.2) Apresentam temperaturas de fuso e

ebulio elevadas.3) No constituem molculas.4) No conduzem eletricidade quando no

estado slido (conduzem a eletricidade quando fundidos ou dissolvidos em gua).

O retculo do cloreto de sdio mostrando a coordenao 6 dos ons.

Parte do retculo do cloreto de csio mostrando a coordenao 8 dos ons.

Observaes sobre a ligao inica

Trata-se de uma ligao bastante forte (atrao eletrosttica entre ons), estendendo-se igualmente em todas as direes do retculo em um raio de ao relativamente largo.

Ligaes Qumicas

74

Os compostos inicos so solveis em solventes polares que apresentam elevada constante dieltrica.

As reaes destes compostos so geralmente rpidas.

O contedo energtico (balano) de uma ligao dado pelo ciclo de HABER BORN.

Numa rede cristalina cada on est rodeado por um nmero determinado de ons de carga oposta. Este nmero denomina-se Nmero de Coordenao.

bom saber que uma equao de transferncia de eltrons pode ser simplificada usando-se as estruturas eletrnicas de Lewis. Essas estruturas eletrnicas so obtidas representando-se os eltrons da camada de valncia de um tomo, ou ons, por pontos colocados nos smbolos que representam os elementos. Importante observar que nem sempre o emparelhamento dos pontos reflete o emparelhamento de eltrons no estado fundamental.

EXERCCIOS

165. Indicar os compostos inicos e os moleculares:

a) CH4 _______________________________

b) KI _______________________________

c) SO3 _______________________________

d) AgBr _______________________________

e) C3H8 _______________________________

f) CO2 _______________________________

g) H2O _______________________________

h) NaCl _______________________________

i) AlF3 _______________________________

j) CCl4 _______________________________

166. Qual dos compostos abaixo no inico?

a) MgCl2b) CaOc) CO2d) Na2O

167. Dados os ons

K+, Ca2+, Al3+, S2-, NO-3 , BO3-

3 , assinale na 1a coluna as frmulas de substncias escritas corretamente e na 2a coluna as erradas:

0 0 Ca2(BO3)31 1 Al (NO3)32 2 Ca3S23 3 K3BO34 4 CaS

168. Em relao ao estudo das ligaes qumicas correto afirmar:

a) no modelo de ligao inica, calcula-se a intensidade das foras eletrostticas atuantes entre ons usando-se a Lei de Coulomb;

b) no retculo dos compostos inicos verdadeiros, os eltrons so perfeitamente mveis.

Um fato importante a no existncia do NaCl2, explicada em funo do alto valor da segunda energia de ionizao do sdio ( 4.565kJ/mol), o que torna impossvel em funo da instabilidade energtica a obteno do composto.

Ligaes Qumicas

75

c) nos compostos inicos formados por ctions bivalentes e nions monovalentes, h predominncia de carga positiva no composto;

d) a nica prova disponvel para constatar que um composto inico formado por ons a sua condutibilidade eltrica em soluo aquosa;

e) j prova experimental irrefutvel que os compostos inicos so formados a partir de um ganho de energia, atribuindo a estabilidade dos compostos inicos.

169. Uma substncia slida foi dissolvida em gua, sem que aparentemente uma reao tenha ocorrido. A soluo resultante apresentou pH maior que 8, e era condutora de eletricidade. Embora estes dados no sejam suficientes para identificar esta substncia, podemos fazer algumas afirmaes sobre a natureza da mesma. Assinale a afirmativa que melhor descreve a natureza mais provvel deste slido.

a) uma substncia covalente apolar.b) um composto inico.c) uma mistura de pelo menos dois

compostos.d) Contm um metal alcalino.e) uma substncia simples.

170. Em qual dos compostos inicos abaixo as interaes entre os ons so mais fortes? (admita que os com formam o mesmo tipo de estrutura cristalina)

a) RbClb) NaClc) KCld) LiCle) CsCl

171. As esferas da figura a seguir representam os ons formadores de um cristal de cloreto de sdio.

Considere que o on com maior nmero de camadas eletrnicas representado pela esfera de maior raio e que a distncia entre os ncleos dos ons X e Y vale 10 3 unidades de comprimento.

O smbolo do elemento formador do on de menor tamanho e a menor distncia, na mesma unidade de comprimento, entre o ncleo de um ction e o ncleo de um nion, so:

a) Cl, 3b) Na, 3c) Cl, 5d) Na, 5

172. A energia de rede (U) para um composto inico MX pode ser definida como a energia necessria para ocorrer a seguinte reao:

MX(s) M+

(g) + X-

(g)

Considere os seguintes compostos:

NaF, NaCl, CaF2, CaCl2, LiF e LiCl. Com base nas informaes, assinale a alternativa correta.

a) Todos os compostos apresentados so espcies apolares.

b) A temperatura de fuso do LiCl maior que a temperatura de fuso do LiF.

c) A temperatura de fuso do NaF menor que a temperatura de fuso do NaCl.

d) O mdulo da energia de rede do LiCl maior que o mdulo da energia de rede do LiF.

e) O mdulo da energia de rede do CaF2 maior que o mdulo da energia de rede do CaCl2.

Ligaes Qumicas

76

LIGAO COVALENTE

Segundo a regra do octeto, todo tomo tender a ter oito eltrons na ltima camada da eletrosfera, ou seja, a obter uma configurao eletrnica igual dos gases nobres. Isso conseguido na ligao inica ou eletrovalente por meio de uma transferncia de eltrons; os tomos, nesse caso, apresentam uma grande diferena de eletronegatividade. Agora, vamos imaginar uma situao na qual temos tomos instveis (com nmero de eltrons diferente de 8 no ltimo nvel) com mesma eletronegatividade.

Os tomos de cloro ligam-se por meio de um compartilhamento de um par de eltrons de spins opostos. Esses eltrons circulam ao redor de ambos os ncleos dos tomos, completando, dessa maneira, o octeto dos dois tomos.

A ligao covalente se baseia no compartilhamento de pares de eltrons de valncia, atravs da interpenetrao de orbitais atmicos, dando origem a orbitais moleculares.

EXERCCIOS

173. Qual o nmero normal de ligaes covalentes

para cada tomo?

a) Hidrognio ________________________

b) Enxofre ________________________

c) Nitrognio ________________________

d) Cloro ________________________

e) Oxignio ________________________

f) Fsforo ________________________

g) Flor ________________________

h) Iodo ________________________

174. Indicar as estruturas moleculares certas e as erradas, considerando as valncias normais dos tomos:Para representarmos graficamente molculas,

usaremos diversas frmulas. Exemplos:

Ligaes Qumicas

77

175. Por compartilhamento de eltrons muitos tomos adquirem eletrosferas iguais s dos gases nobres. Isto acontece com todos representados na frmula:

a) O - Fb) O = Fc) F = O = Fd) F - O - Fe) O - F - O

LIGAO COVALENTE NORMAL

LIGAO COVALENTE - A ligao covalente resulta do compartilhamento de um par de eltrons entre tomos. necessrio que os eltrons que formam o par possuam spins contrrios, condio para que a fora de atrao magntica entre eles, resultante do antiparalelismo dos spins, sobrepuje a repulso eltrica existente entre os eltrons. Para ser considerada covalente NORMAL necessrio que cada tomo fornea o seu eltron.

COVALENTE NORMAL

SIGMAPI{

SIGMA s Forma-se quando orbitais de ligao estiverem no mesmo eixo.

SIGMA s s

SIGMA s p

SIGMA p p

Na prtica ...

PI p - Quando os orbitais que esto se ligando estiverem em eixos paralelos.

EXERCCIOS

176. O acetileno queimado adequadamente produz chamas de at 3000oC, sendo empregado no corte de chapas metlicas. Sua frmula C2H2. Quantas ligaes sigma existem entre os carbonos ?

a) 0b) 1c) 2d) 3e) 4

Ligaes Qumicas

78

177. O dixido de carbono um dos gases responsveis pelo efeito estufa. Sua frmula estrutural (Kekul) O=C=O. No total existem...

a) apenas quatro ligaes sigmab) duas ligaes sigma e duas ligaes pic) apenas ligaes pid) uma ligao sigma e trs ligaes pie) uma ligao pi e trs ligaes sigma

178. No vinagre encontramos o cido actico ou cido etanico (CH3COOH). Quantos eltrons pi encontramos neste cido?

a) 0b) 1c) 2d) 3e) 4

179. Quantas ligaes pi existem na estrutura (CH3)2CCCH2 ?

a) 0b) 1c) 2d) 3e) 4

LIGAO COVALENTE DATIVA OU COORDENADA

Quando o par eletrnico formador da ligao for cedido por uma nica espcie.

EXERCCIOS

180. Quantas ligaes coordenadas so encontradas no oznio ?

a) 0b) 1c) 2d) 3e) 4

181. O dixido de enxofre tambm responsvel pela chuva cida. Quantas ligaes dativas existem neste gs txico?

a) 0b) 1c) 2d) 3e) 4

Ligaes Qumicas

79

182. Escreva as frmulas de Lewis e Kekul para as seguintes espcies qumicas:

a) Cl2O3

b) SO2

c) SO3

d) N2O4

e) N2O5

183. Apresente as frmulas eletrnica e estrutural dos seguintes cidos:

a) H2CO3

b) HNO3

c) H2SO4

d) H3PO4

e) H3PO3

f) H3PO2

184. A gua oxigenada comercializada por volume, por exemplo, a 20 volumes. Isto significa que 1L desta soluo, a de gua oxigenada, liberar nas CNTP 20L de oxignio gasoso, pois sabemos que H2O2 H2O+ O2. Quantas ligaes covalentes normais encontramos no perxido de hidrognio?

a) 0b) 1c) 2d) 3e) 4

185. Qual dos compostos a seguir no existe por conta de um impedimento espacial ?

a) HNO2 b) HFO3 c) H4P2O7 d) HOBre) H2SiO3

Ligaes Qumicas

80

ALGUMAS GEOMETRIAS MOLECULARES (VSEPR)

LINEAR

TRIGONAL PLANA (TRIANGULAR)

TETRADRICA

BIPIRMIDE TRIGONAL (BIPIRAMIDAL)

OCTADRICA

ANGULAR

ANGULAR

PIRMIDE TRIGONAL (PIRAMIDAL)

LINEAR

EXERCCIOS

186. Indicar a estrutura que melhor representa a geometria molecular.

1. ou

Ligaes Qumicas

81

2. ou

3. ou

4. ou

5. ou

6. ou

7. ou

8. ou

9. ou

10. ou

POLARIDADE

A ligao covalente entre tomos ocorre com um compartilhamento de um par de eltrons entre ambos. tomos diferentes nas molculas tero ncleos diferentes, nmero de eltrons diferentes e, portanto, efeitos diferentes sobre o par de eltrons da ligao covalente. A atrao que um determinado tomo exerce sobre o par de eltrons covalentes chamada de eletronegatividade.

A Tabela Peridica fornece um guia til para estimar, de modo relativo, as eletronegatividades dos elementos qumicos mais comuns.

Qualquer ligao entre dois tomos de eletronegatividades diferentes ser polar, e entre dois tomos iguais ser apolar.

Na ligao covalente polar, o tomo mais eletronegativo apresenta maior densidade eletrnica, e o menos eletronegativo ter menor densidade eletrnica. A ligao covalente polar do exemplo anterior pode ser representada da seguinte maneira:

Ligaes Qumicas

82

+d = regio de menor densidade eletrnica

-d = regio de maior densidade eletrnica.

A polaridade da ligao aumenta com a diferena de eletronegatividade entre os tomos da ligao.

MOLCULAS POLARES E APOLARES

As molculas das substncias podem ser polares ou apolares.

Molculas polares so aquelas nas quais as cargas eltricas esto distribudas de modo assimtrico.

Molculas apolares so aquelas em que as cargas eltricas se distribuem de modo simtrico.

A polaridade das molculas depende:

da polaridade das ligaes covalentes (existncia de cargas eltricas);

da geometria (arquitetura) molecular (disposio espacial das cargas eltricas).

Momento Dipolar

Informaes sobre a geometria das molculas (disposio real dos seus tomos constituintes) podem ser obtidas com a medida experimental de uma grandeza vetorial chamada momento dipolar.

Definio: Momento dipolar mede o grau de separao das cargas eltricas na molcula.

Mdulo: | | = q . l

+ dH - F

- d

q = valor absoluto da carga eltrical = distncia entre os centros de carga eltrica.

Exemplos:

a) Molcula de H2

H H = 0 molcula apolar

b) Molcula de HF

+dH -dF = 0 molcula polar

A distribuio de cargas eltricas assimtrica devido ligao covalente polar.

Em molculas com mais de dois tomos, devemos definir, para cada ligao covalente polar, um momento dipolar parcial e avaliar o momento dipolar resultante.

c) Molcula de gua (H2O)

A distribuio de cargas eltricas assimtrica devido disposio angular das duas ligaes covalentes polares H O.

d) Molcula do dixido de carbono (CO2)

Ligaes Qumicas

83

A distribuio de cargas eltricas simtrica devido disposio linear das duas ligaes covalentes polares C = O.

e) Molcula do CCl4.

FORAS INTERMOLECULARES

As ligaes inicas e covalentes representam interaes muito fortes. Nas substncias moleculares, so as ligaes covalentes que determinam a reatividade qumica e, dessa forma, controlam as propriedades qumicas dessas substncias. Alm dessas ligaes covalentes que unem os tomos entre si dentro das molculas existem, entre estas, foras atrativas mais fracas (em geral). Essas foras intermoleculares so responsveis pelas propriedades fsicas dos compostos moleculares.

As foras intermoleculares podem ser classificadas em:

a) Foras de van der Waals, foras de disperso de London ou foras dipolo induzido dipolo induzido

Molculas apolares so eletricamente simtricas, conforme representadas normalmente.

Quando os eltrons se movem em torno de um tomo, existe uma probabilidade de que, em algum instante, os eltrons estejam mais de um lado do ncleo do que do outro, e que, por um breve momento, exista um dipolo em virtude do desequilbrio de cargas.

O dipolo instantneo em A induz a um dipolo em B

Cloro lquido

A extremidade positiva do dipolo instantneo induz a molcula vizinha a um outro dipolo instantneo. Esses dipolos atraem-se por um curto espao de tempo antes de desaparecerem. Ainda que as atraes entre os dipolos instantneos possam ser fortes, sua durao muito curta e a atrao mdia muito pequena.

A intensidade das foras de London depende de dois fatores:

1) Nmero de eltrons: quanto mais eltrons tiver a molcula, mais soltos estaro os eltrons mais externos, maior a intensidade da polarizao induzida e mais fortes sero as foras de London.

2) Superfcie da molcula: quanto maior a superfcie, mais oportunidades para a polarizao induzida.

b) Foras Dipolo-Dipolo (Dipolos Perma-nentes)

As molculas polares agem como se fossem dipolos eltricos permanentes reais! Ento, quando duas molculas polares se aproximam uma da outra, tendem a se alinhar de tal modo que a extremidade positiva de um dipolo dirigida para a extremidade negativa do outro. Quando isso acontece, existe uma atrao eletrosttica entre os dipolos moleculares.

Ligaes Qumicas

84

As foras atrativas entre dipolos adicionam-se s foras de disperso de London (induo de cargas) para resultar nas foras totais de atraes intermoleculares.

c) Ligaes Hidrognio (Pontes de Hidrognio)

Uma atrao dipolo-dipolo particularmente forte ocorre quando o hidrognio est ligado a um elemento muito eletronegativo e pequeno (F, O, e N). Nessas circunstncias resultam molculas muito polares, nas quais o H est com uma carga positiva substancial. As atraes intermoleculares, nesses casos, chegam de 5% a 10% da fora de uma ligao covalente ordinria. Essas foras constituem-se num dos mais importantes tipos de interaes intermoleculares e so denominadas pontes de hidrognio.

A ponte de hidrognio uma fora mais fraca do que a ligao inica ou covalente, mas, mais forte do que muitas atraes de London ou dipolo-dipolo.

PROPRIEDADES FSICAS DOS COMPOSTOS MOLECULARES

Pontos de ebulio e fuso

No estado slido e lquido, temos molculas associadas entre si por meio de foras intermoleculares. Geralmente, no estado gasoso, as molculas esto isoladas entre si.

A energia necessria para levar uma substncia molecular fuso e ebulio consumida em duas etapas:

1) Separao das molculas: o que implica a quebra das atraes intermoleculares.

2) Movimentao das molculas: energia cintica dos movimentos moleculares. Quanto maior a massa molecular, maiores as necessidades energticas.

Ligaes Qumicas

85

A temperatura de fuso e de ebulio de uma substncia molecular aumenta com:

massa molecular a intensidade das atraes

intermoleculares.

Exemplos:

a)

As massas moleculares so prximas, porm, observa-se que o etanol e o cido frmico apresentam altas Te em relao ao acetaldedo e ter metlico porque possuem pontes e hidrognio que so interaes intermoleculares fortes.

b) Hidretos do grupo 7A, 6A, 5A e 4A.

O ponto de ebulio da gua (100C) anormalmente mais alto que o dos demais hidretos, em funo das pontes de hidrognio entre suas molculas, apesar dos outros hidretos terem massas moleculares mais altas.

Nos hidretos H2S, H2Se, H2Te, observa-se aumento da Te com o crescimento da massa molecular.

Essa variao repete-se para os hidretos das famlias 7A (HX) e 5A (NH3 e XH3):

Os hidretos XH4 (4A), que so apolares, tm os pontos de ebulio aumentados com as massas moleculares.

EXERCCIOS

187. Considere as frmulas e ngulos de ligaes dados a seguir:

a) tetradrica, tetradrica, tetradrica, angular

b) angular, piramidal, tetradrica, angularc) angular, piramidal, tetradrica, lineard) angular, angular, piramidal, trigonale) trigonal, trigonal, piramidal, angular

188. Os tipos de ligaes nas molculas: LiF , SCl2 e Cl2 so, respectivamente:

a) covalente apolar, covalente polar, inicab) inica, covalente apolar, covalente polarc) covalente polar, inica, covalente apolard) covalente apolar, inica, covalente polare) inica, covalente polar, covalente apolar

Ligaes Qumicas

86

189. O modelo de repulso dos pares de eltrons da camada de valncia estabelece que a configurao eletrnica dos elementos que constituem uma molcula responsvel pela sua geometria molecular. Relacione as molculas com as respectivas geometrias:

Geometria molecular Molculas1. linear ( ) SO3

2. quadrada ( ) NH3

3. trigonal plana ( ) CO2

4. angular ( ) SO2

5. pirmide trigonal6. bipirmide trigonal

A relao numrica, de cima para baixo, da coluna da direita, que estabelece a seqncia de associaes corretas :

a) 5 3 1 4b) 3 5 4 6c) 3 5 1 4d) 5 3 2 1e) 2 3 1 6

190. A molcula da gua tem geometria molecular angular, e o ngulo formado de 104, e no 109 como previsto. Essa diferena se deve:

a) Aos dois pares de eltrons no-ligantes no tomo de oxignio.

b) repulso entre os tomos de hidrognio, muito prximos.

c) atrao entre os tomos de hidrognio, muito prximos.

d) Ao tamanho do tomo de oxignio.e) Ao tamanho do tomo de hidrognio.

191. Qual a molcula que apresenta maior momento dipolar?

192.

0 0 I2(s): Atraes intermoleculares entre dipo-los induzidos (van der Waals).

1 1 H2O(s): Atraes intermoleculares por pon-tes de hidrognio.

2 2 KF(s): Atraes eletrostticas entre ons de cargas opostas.

3 3 Fe(s): Atraes entre tomos por ligao covalente apolar.

4 4 BF3: O tomo central adquiriu configura-o eletrnica de gs nobre.

193.

0 0 SO2: Ligao covalente polar1 1 NaF: Ligao inica2 2 H2: Ligao covalente apolar3 3 O3: Molcula apolar4 4 CH4: Molcula polar, com ligaes apolares

194. Os ndios Tamoios que habitavam a Capitania de So Vicente, mais tarde Capitania do Rio de Janeiro, j usavam o pigmento do urucum na pele, como ornamento e como proteo contra picadas de insetos ou ainda contra queimaduras por exposio ao sol. Apesar desse antigo conhecimento, atualmente, o urucum material patenteado por uma companhia cosmtica francesa, que detm os direitos de comercializao do pigmento. Na medida em que a bixina o principal constituinte da parte corante do urucum, responda:

Ligaes Qumicas

87

Qual dos solventes extrai melhor a bixina do urucum, gua ou clorofrmio? Por qu?

195. A viscosidade influenciada por alguns fatores que podem retardar o escoamento de um lquido, aumentando-a; ou acelerar o escoamento, reduzindo-a.

Observe o quadro ao lado:A identificao dos fatores que influenciaram a viscosidade requer que se considerem os arranjos estruturais dos diversos lquidos e, por meio dessa anlise, se compreenda o porqu de as viscosidades serem diferentes.

a) Como se explica a variao da viscosidade com a temperatura?

b) Considere as estruturas das substncias acima e explique o porqu de a glicerina ser muito mais viscosa que o etanol.

196. Estudos recentes tm indicado que o uso inapropriado de lubrificantes ordinrios, normalmente encontrados em farmcias e drogarias, tais como loes oleosas e cremes, que contm vaselina, leo mineral ou outros derivados de petrleo, acarretam danificaes nos preservativos masculinos (camisinhas), os quais so feitos, geralmente, de um material denominado ltex (poli-1,4-isopreno), cujo momento dipolar aproximadamente igual a zero (m 0), e cuja estrutura da unidade monomrica dada a seguir:

Tais danificaes, geralmente, constituem-se de micro-rupturas das camisinhas, imperceptveis a olho nu, que permitem o fluxo de esperma atravs das mesmas, acarretando gravidez indesejvel, ou na transmisso de doenas sexualmente transmissveis, particularmente a AIDS.

Assinale a alternativa correta.

a) Substncias apolares seriam mais adequadas como lubrificantes dos preservativos.

b) leos lubrificantes bastante solveis em tetracloreto de carbono (CCl4), geralmente, no interagem com o ltex.

c) Os leos que provocam danificaes nos preservativos so, geralmente, de natureza bastante polar.

d) Substncias, cujas foras intermoleculares se assemelham s presentes no ltex, seriam mais adequadas como lubrificantes dos preservativos.

e) Substncias com elevados valores de momento de dipolo seriam mais adequadas como lubrificantes dos preservativos.

Ligaes Qumicas

88

197. Existem trs estruturas possveis para a molcula de PF3 (CH3)2, onde o tomo de fsforo o tomo central. Desenhe as trs estruturas e explique como os valores de momento dipolo obtidos experimentalmente podem ser utilizados para distingui-las. Qual das estruturas sinaliza para maior polaridade?

198. A gua apresenta-se no estado lquido, temperatura ambiente e presso atmosfrica, e entra em ebulio a uma temperatura que cerca de 200C mais elevada do que a do ponto de ebulio previsto teoricamente, na ausncia das ligaes de hidrognio.

Com relao s ligaes de hidrognio, assinale a alternativa correta.

a) Ocorrem entre molculas, onde o tomo de hidrognio ligado covalentemente aos tomos mais eletropositivos, pelos seus pares de eltrons ligantes.

b) Originam-se da atrao entre os tomos de hidrognio de uma molcula de gua, que tm carga parcial negativa, e o tomo de oxignio de uma outra unidade molecular, que tem carga parcial positiva.

c) No estado slido, as ligaes de hidrognio presentes na gua so mais efetivas, resultando em efeitos estruturais que conferem menor densidade ao estado slido do que ao lquido.

d) Quanto maior for a eletronegatividade do tomo ligado ao hidrognio na molcula, maior ser a densidade de carga negativa no hidrognio, e mais fraca ser a interao com a extremidade positiva da outra molcula.

e) So interaes muito mais fortes do que as ligaes covalentes polares convencionais, e desempenham papel fundamental na qumica dos seres vivos.

199. Os fornos de microondas so aparelhos que emitem radiaes eletromagnticas que aquecem a gua e, conseqentemente, os alimentos que a contm. Isso ocorre porque as molculas de gua so polares, condio necessria para que a interao com este tipo de radiao seja significativa. Entre as substncias abaixo, qual a que no aquecida quando exposta s microondas?

a) NH3b) CO2c) SO2d) HCle) CH3Cl

LIGAO COVALENTE DATIVA OU COORDENADA

Quando o par eletrnico formador da ligao for cedido por uma nica espcie.

H2O + H+ H3O

+

NH3 + H+ NH

+

4

Ligaes Qumicas

89

EXERCCIOS

200. Quantas ligaes coordenadas so encontradas no oznio ?

a) 0b) 1c) 2d) 3e) 4

201. O dixido de enxofre tambm responsvel pela chuva cida. Quantas ligaes dativas existem neste gs txico?

a) 0b) 1c) 2d) 3e) 4

202. Escreva as frmulas de Lewis e Kekul para as seguintes espcies qumicas:

a) Cl2O3

b) SO3

c) N2O4

d) N2O5

203. Apresente as frmulas eletrnica e estrutural dos seguintes cidos:

a) H2CO3

b) HNO3

c) H2SO4

d) H3PO4

e) H3PO3

f) H3PO2

Ligaes Qumicas

90

204. A gua oxigenada comercializada por volume, por exemplo, a 20 volumes. Isto significa que 1L desta soluo, a de gua oxigenada, liberar nas CNTP 20L de oxignio gasoso, pois sabemos que H2O2 H2O+O2. Quantas ligaes covalentes normais encontramos no perxido de hidrognio?

a) 0b) 1c) 2d) 3e) 4

HIBRIDAO

Os orbitais no mesmo tomo, que tem energias prximas, possuem a capacidade pouco usual de formarem os orbitais hbridos. A mecnica quntica assegura a possibilidade de se combinar quaisquer orbitais atmicos de energias prximas para formar novos orbitais. Para os nossos propsitos, isto significa que os orbitais usualmente precisam pertencer ao mesmo nvel de energia. A hibridizao um processo de mistura de orbitais em um nico tomo ou on, o que no ocorre com a formao do orbital molecular que requer a mistura de orbitais centrados em tomos diferentes.

Um fato interessante que na hibridizao misturamos um determinado nmero de orbitais, e no de eltrons. A maioria dos hbridos semelhante, mas no necessariamente de mesmo formato. A diferena entre eles encontra-se com mais significado em relao orientao espacial. Os orbitais s no tm direo preferencial no espao xyz, razo pela qual no contribuem com os aspectos direcionais dos hbridos; contribuindo apenas com o tamanho. O nmero de hbridos formados igual ao nmero de orbitais misturados.

Orbital regio de mxima probabilidade de se encontrar o eltron.

Orbitais

Hibridao do Carbono

S

P

d

Ligaes Qumicas

91

CASOS ESPECIAIS

Hibridao sem Ativao ou Pseudo-Hibridao

gua Amnia

Os ngulos de ligao 104,5 e 107,5, respectivamente das molculas H2O e NH3, podem ser explicados utilizando-se o conceito de hibridizao. Admite-se, por exemplo, que na molcula do NH3 os orbitais s e p do Nitrognio se misturam para originar quatro orbitais hbridos sp3. Um dos orbitais contem o par de eltrons isolado e os trs orbitais restantes apresentam, cada um deles, um eltron desemparelhado. A diminuio do ngulo de 109, tpico dos hbridos sp3, para 107 na molcula do NH3; e 105 na molcula do H2O, explicada pelas repulses eletrnicas que ocorrem entre os pares eletrnicos da camada de valncia, como veremos no mtodo VSEPR.

Representao Esquemtica da Formao dos Orbitais Hbridos sp3d

EXERCCIOS

205. A estrutura tetradrica do tomo de carbono justificada pela:

a) Distribuio eletrnica: 1s2, 2s1, 2px1, 2py

1, 2pz

1

b) Hibridao de orbitaisc) Associao de todos os orbitais s e pd) Formao de cinco novos orbitais, atravs

da promoo de eltronse) Elevada reatividade do elemento.

206. Determine a hibridizao de cada carbono da cadeia a seguir:

Ligaes Qumicas

92

DIAMANTE (hibridizao sp3)

ngulo das ligaes= 109

Comp. das ligaes= 0,154 nm

(1nm = 1 nanmetro = 10 9 metro)

GRAFITE (hibridizao sp2)

ngulo das ligaes = 120

Comprimento das ligaes:

nas camadas = 0,141 nm entre camadas = 0,335 nm

O MODELO VSEPR

O modelo de repulso por pares de eltrons do nvel de valncia (Valence-shell electron-pair repulsion model) se baseia na repulso das regies de alta concentrao eletrnica, ou seja, eltrons ligantes e pares isolados se posicionam to longe quanto possvel um do outro, para minimizar a repulso.

Nmero Estrico

2 3 4 5 6 7

Arranjo Eletrnico

LINEAR

sp

BIPIRMIDETRIGONAL

sp3d

TRIGONAL

sp2

OCTADRICO

sp3d2

TETRADRICO

sp3

BIPIRMIDEPENTAGONAL

sp3d3

Geometria Molecular

LINEAR

TETRADRICA

ANGULAR

GANGORRA

PIRMIDETRIGONAL

TRIGONALPLANAR

QUADRADOPLANAR

FORMA T

Ligaes Qumicas

93

BIPIRMIDETRIGONAL

OCTADRICA

PIRMIDEQUADRADA

IPIRMIDEPENTAGONAL

Regras Bsicas

Determina-se o total de eltrons da espcie qumica atravs da camada de valncia de cada tomo do elemento qumico.

Coloca-se um par de eltrons entre os tomos que formam a espcie qumica.

Completa-se o octeto dos tomos que esto ao redor do tomo central.

Os eltrons que faltarem para o total determinado inicialmente sero colocados no tomo central e aos pares.

Com a descoberta do nmero estrico encontra-se o arranjo eletrnico.

Com o arranjo eletrnico chega-se a geometria molecular.

EXEMPLOS

Qual o arranjo eletrnico e a geometria molecular das seguintes espcies:

a) SF4

b) ClF3

c) XeO2

d) XeF4

e) OXeF4

f) I-3

g) IF7

EXERCCIOS

207. Sabendo-se que o BH3 apresenta uma geometria como a figura a seguir, possvel prever que, nesta molcula, ocorrem 3 ligaes sigma do tipo:

a) s - s b) s - Pc) s - spd) s - sp2

e) s - sp3

Ligaes Qumicas

94

208. Sobre o acetileno ( H - C C - H ), pode-se afirmar que:

a) Sua molcula tetradricab) Na formao de sua molcula, o carbono

sofre hibridizao do tipo sp2

c) Sua molcula apresenta 2 ligaes sigma e 3 ligaes pi

d) Sua molcula apolare) muito solvel em gua

209. Dados experimentais tornam evidente que o ngulo entre os tomos de flor 180o na molcula de XeF2. Admita-se, portanto, que cada orbital p do flor se liga covalentemente a orbitais hbridos do Xe do tipo:

a) sp2

b) spc) sp3

d) dsp3

e) d2sp3

210. Em relao a hibridizao correto afirmar:

a) Os hbridos sp tem o carter direcional do orbital s .

b) um processo de mistura de orbitais centrados em tomos diferentes.

c) Os orbitais s no tm direo preferencial. Em conseqncia, no determinam as propriedades direcionais dos hbridos, quando contribuem com sua formao.

d) O nmero de orbitais hbridos formados a metade do nmero de orbitais atmicos que se misturam.

e) Os hbridos sp2 no so coplanares e formam entre si ngulos de 120o .

211. O tipo de hibridao indicado para o tomo de oxignio na molcula de gua, :

a) spb) sp2

c) sp3

d) dsp3

e) d2sp3

LIGAO METLICA

Propriedades dos Metais

I. Slidos a 250C e 1 atm (exceto mercrio)II. Conduzem calor e eletricidadeIII. Brilham, so maleveis e dcteisIV. Poucos eltrons no nvel de valnciaV. Baixa energia de ionizaoVI. Formam ligas metlicas (Ex: bronze, lato,

amlgamas, ouro 18 kilates, etc.)

Estrutura Metlica

A maioria dos metais forma retculo cristalino denso, com nmero de coordenao igual a 12, (cada tomo est em contato direto com 12 outros tomos). Alguns metais formam cristais menos densos, com nmero de coordenao igual a 8.

(I) Hexagonal compacto

(II) Cubo centrado nas

faces

(III) Cbico de corpo centrado

O metal constitudo por muitos tomos agregados, sendo, portanto, incorreto dizer que um metal monoatmico. Por exemplo, quando nos referimos ao metal ferro, no devemos imagin-lo como sendo constitudo por tomos isolados, j que o que chamamos de metal ferro um empilhado de tomos que se cristaliza na forma cbica de corpo centrado.

Um metal um slido cristalino com todos os pontos no reticulado ocupados por tomos idnticos. evidente que esses tomos no podem estar ligados por foras essencialmente eletrostticas, como as que existem num cristal inico. pouco provvel que sejam ligados por

Ligaes Qumicas

95

foras de Van der Waals, pois so muito fracas para explicar o alto ponto de fuso dos metais. Alm do mais, cada tomo no metal possui um grande nmero de vizinhos mais prximos, o que torna invivel que se admitam ligaes covalentes localizadas. Alm disso, os metais possuem as propriedades de maleabilidade e ductilidade, caractersticas de poucas substncias inicas ou covalentes.

Uma forma de interpretar o tipo de ligao entre os tomos em um metal admitir-se que em um cristal metlico os eltrons de valncia esto fracamente ligados ao ncleo, gozando de uma relativa mobilidade. Esses eltrons podem mover-se de um tomo para outro com um mnimo de energia. Em um metal, por exemplo, no Potssio, teremos muitos ons K1+ mergulhados numa nuvem de eltrons originados da camada de valncia. Esses eltrons mveis comportam-se como uma cola para unir os ons K1+. Esta idia de eltrons livres em um metal conhecida como Teoria da Nuvem Eletrnica ou do Gs Eletrnico. Esta teoria explica algumas propriedades metlicas (condutividade eltrica, condutividade trmica, etc), mas no explica o espectro eletrnico produzido por um metal.

K1+

Eltrons livres

SLIDOS

bom saber que a geometria do retculo cristalino tem importncia na determinao das propriedades dos slidos, bem como a natureza das unidades localizadas nos pontos reticulares e tipos de foras que mantm unidas estas unidades. Em funo do que foi dito, classificam-se os slidos em: inico, molecular, covalente e metlico.

Nos slidos inicos, ctions e nions ocupam os pontos reticulares. A ligao inica forte, razo pela qual difcil distorcer o retculo cristalino, o que os tornam slidos duros; possuem pontos de fuso e ebulio elevados e no conduzem a corrente eltrica, porm tornam-se bons condutores quando fundidos.

Exemplo: NaCl, LiF, CaCl2, ZnO, etc...

As unidades de repetio nos slidos moleculares so molculas. As foras de coeso entre as molculas desse slido so as foras de Van Der Waals. Esse tipo de slido tem ponto de fuso baixo, mole e no conduz a corrente eltrica, mesmo no estado lquido.

Exemplo: CO2, H2O, C6H6, etc...

Os slidos covalentes so formados por tomos ligados covalentemente. As ligaes covalentes possuem propriedades direcionais bem definidas, razo pela qual qualquer distoro em um retculo covalente envolve uma considervel quantidade de energia, necessria para a quebra de ligaes covalentes bem localizadas. Os slidos covalentes so muito semelhantes aos slidos inicos, em relao dureza e a possurem altos pontos de fuso e ebulio. Um bom critrio para distingui-los uma anlise nas propriedades eltricas. Os slidos inicos tornam-se bons condutores em temperaturas acima do seu ponto de fuso, o que no ocorre de forma mensurvel com os slidos covalentes. Exemplo: SiO2, SiC, C(diamante), C(grafite), etc... Num slido metlico, os pontos reticulares so ctions. Esses slidos so caracterizados pelo brilho prateado, pela refletividade, pela alta condutividade de calor e de eletricidade, pela ductilidade e maleabilidade. Nesses slidos, os eltrons no esto localizados em cada tomo, e sim, constituindo um mar de eltrons no qual os ctions esto imersos.

Em alguns metais, a ligao metlica complementada por ligaes covalentes entre ctions adjacentes, que constituem o reticulado, conferindo aos metais uma certa dureza. Esse fato

Ligaes Qumicas

96

experimental bem relevante, especialmente por sabermos que os eltrons de valncia, nas ligaes metlicas, no esto localizados; o que confere ligao metlica pouca direcionalidade.

Exemplo: Ag, Na, Fe, W, Ca, etc...

EXERCCIOS

212. Leia o poema a seguir, extrado de um clssico da literatura nacional:

Montes de ferro, cho de ferro,gua que marcha de ferrugem eRubro a lama e as pedras deCrregos que do ainda lembranasDa formosa mulher subterrneaQue era a me do ouro.

Guimares Rosa

So caractersticas dos metais, de um modo geral:

0 0 Elevado ponto de fuso1 1 Brilho caracterstico2 2 Malevel e dctil3 3 Conduz melhor a corrente eltrica quando

a temperatura aumenta4 4 Os metais citados no poema acima,

quando metlicos, possuem seus tomos envolvidos em um mar de eltrons, facilitando, assim, a transmisso de energia.

213. O problema: Como arrumar um grande nmero de esferas rgidas todas iguais, de tal forma que o volume do conjunto seja um mnimo tem...

a) Uma s soluo correspondente ao que se chama arranjo cbico, simples.

b) Uma s soluo correspondente ao que se chama arranjo cbico de corpo centrado.

c) Uma s soluo chamada estrutura hexagonal compacta.

d) Duas solues igualmente econmicas quanto ao uso do espao correspondente

ao que se chama estrutura cbica de face centrada e estrutura hexagonal compacta.

e) Duas solues que correspondem ao que se chama estrutura tipo diamante e estrutura tipo grafite.

214. No alumnio slido os tomos esto dispostos num arranjo ordenado designado de estrutura cbica de face centrada. Nesta estrutura cada tomo tem:

a) 2 vizinhos mais prximosb) 4 vizinhos mais prximosc) 6 vizinhos mais prximosd) 8 vizinhos mais prximose) 12 vizinhos mais prximos

215. Uma determinada substncia cristaliza no sistema cbico. A aresta da clula unitria dessa substncia representada por Z, a massa especfica por e a massa molar por M. Sendo Nav igual constante de Avogadro, qual a expresso algbrica que permite determinar o nmero de espcies que formam a clula unitria desta substncia?

a) (Z3 m)/M.b) (Z3 M)/m.c) Z3/m.d) (Z3 M Nav)/m.e) (Z3 m Nav)/M.

216. Qual das opes a seguir apresenta o grfico que mostra, esquematicamente, a variao da condutividade eltrica de um metal slido com a temperatura?

Ligaes Qumicas

97

Observe nas questes 217 e 218 o que foi feito para colocar bolinhas de gude de 1 cm de dimetro numa caixa cbica com 10 cm de aresta.

217. Uma pessoa arrumou as bolinhas em camadas superpostas iguais, tendo assim empregado:

a) 100 bolinhasb) 300 bolinhasc) 1000 bolinhasd) 2000 bolinhase) 10000 bolinhas

218. Uma segunda pessoa procurou encontrar outra maneira de arrumar as bolas na caixa achando que seria uma boa idia organiz-las em camadas alternadas, onde cada bolinha de uma camada se apoiaria em 4 bolinhas da camada inferior, como mostra a figura. Deste modo, ela conseguiu fazer 12 camadas. Portanto, ela conseguiu colocar na caixa:

a) 729 bolinhasb) 984 bolinhasc) 1000 bolinhasd) 1086 bolinhase) 1200 bolinhas

EXERCCIOS ADICIONAIS

219. Recentemente, uma pesquisa publicada na revista Nature mostrou que a habilidade das lagartixas em escalar superfcies lisas, como uma parede, resultado das interaes moleculares. Admitindo que a parede recoberta por um material apolar e encontra-se seca, assinale a alternativa que classifica corretamente o tipo de interao que prevalece entre as lagartixas e a parede, respectivamente.

a) on onb) on dipolo permanentec) dipolo induzido dipolo induzidod) dipolo permanente dipolo induzidoe) dipolo permanente dipolo permanente

220. Entre as fontes alternativas de energia podemos destacar a energia solar. A eletricidade pode ser obtida pelo efeito fotovoltaico, empregando-se materiais fabricados com semimetais, tais como Si (Z=14) e Ge (Z=32), que so semicondutores. A estes elementos, geralmente, so adicionadas impurezas selecionadas (dopantes) para aumentar sua condutividade eltrica.

0 0 A obteno de Si a partir de SiO2 um processo de xido-reduo, onde o silcio muda de nmero de oxidao -4 para zero.

1 1 Silcio e germnio so elementos de uma mesma famlia na tabela peridica.

2 2 O silcio apresenta dois eltrons desemparelhados em sua camada de valncia.

3 3 O germnio pode realizar ligaes qumicas envolvendo orbitais d, e o silcio, no.

4 4 Para se preparar 40g de Si com 1% de dopante, so necessrios 39,9 g de silcio e 0,1 g de dopante.

221. A substncia W um slido peculiar, apresenta baixa dureza e boa condutibilidade eltrica. Pela sua baixa resistncia ao atrito utilizada como lubrificante de rolamentos

Ligaes Qumicas

98

e de engrenagens. Tem tambm aplicao como eletrodos de aparatos eltricos, como nas pilhas comuns e alcalinas. Entretanto, no malevel, nem dctil, no podendo ser moldada na forma de fios flexveis.

A substncia X lquida temperatura ambiente e no conduz corrente eltrica nessas condies. Solubiliza-se muito bem em gua, sendo essa soluo condutora de eletricidade e usualmente encontrada em cozinhas. muito utilizada na indstria qumica, principalmente em reaes de esterificao.

A substncia Y apresenta ponto de fuso muito elevado, acima de 1000C. isolante no estado slido, porm boa condutora depois de fundida. extrada de um minrio bastante abundante na crosta terrestre, sendo matria prima para a obteno de um metal resistente e de baixa densidade. Diversos materiais presentes no nosso cotidiano so constitudos por esse metal que, apesar de ser muito reativo, apresenta baixa taxa de corroso.

A substncia Z tambm um slido com alto ponto de fuso. Entretanto, excelente condutora de corrente eltrica no estado slido. Por ser malevel e dctil, apresenta uma srie de aplicaes em nosso cotidiano, tanto na forma pura, como na composio do bronze, lato e ouro para joalheria.

Conforme as descries acima, as substncias W, X, Y e Z so, respectivamente,

a) ouro, lcool, xido de alumnio e cobre.b) grafite, cido actico, dixido de titnio e

ouro.c) cobre, cloreto de hidrognio, dixido de

titnioe zinco.d) ouro, lcool, xido de alumnio e zinco.e) grafite, cido actico, xido de alumnio e

cobre.

222. Considere quatro elementos qumicos representados por X, A, B e C. Sabe-se que: os elementos A e X pertencem ao mesmo grupo da tabela peridica, enquanto que A, B e C

apresentam nmeros atmicos consecutivos, sendo o elemento B um gs nobre.

correto afirmar que:a) o composto formado por A e C molecular

e sua frmula AC.b) o composto formado por A e C inico e

sua frmula CA.c) o composto AX apresenta ligao

coordenada, sendo slido a 20C e 1atm.d) os elementos A e X apresentam

eletronegatividades idnticas por possurem o mesmo nmero de eltrons na ltima camada.

e) C um metal alcalino-terroso e forma um composto molecular de frmula CX2.

223. No envenenamento por monxido de carbono, CO, as molculas deste gs se ligam aos tomos de ferro da hemoglobina, deslocando o oxignio e causando, rapidamente, asfixia. Indique quantos pares de eltrons disponveis existem no monxido de carbono, para se ligar ao ferro da hemoglobina, atravs de ligao coordenada dativa.

a) 1b) 2c) 3d) 4 e) 5

224. Na coluna I esto relacionadas substncias qumicas e, na coluna II, suas caractersticas.

COLUNA I1. amnia2. clorofrmio3. dixido de carbono4. ouro5. brometo de potssio

COLUNA II( ) slido que apresenta fora de natureza

eletrosttica entre os seus ons.( ) gs na temperatura ambiente formado por

molculas apolares.( ) gs que quando liquefeito apresenta

Ligaes Qumicas

99

interaes por pontes de hidrognio.( ) lquido na temperatura ambiente formado

por molculas que se orientam sob a influncia de um campo eltrico externo.

( ) bom condutor de calor tanto no estado slido como quando fundido.

Relacionando-se a coluna da esquerda com a da direita, obtm-se de cima para baixo, os nmeros na seqncia

a) 4 - 2 - 1 - 3 - 5b) 3 - 2 - 5 - 1 - 4c) 5 - 1 - 3 - 2 - 4d) 5 - 3 - 1 - 2 - 4e) 4 - 1 - 3 - 2 - 5

225. Responder questo com base na anlise das estruturas da vitamina A (retinol) e da vitamina C (cido ascrbico), apresentadas a seguir.

Sobre a solubilidade das vitaminas em gua e no tecido adiposo, que apolar, correto afirmar que

d) a vitamina C solvel em gua, devido presena de grupos hidroxilas que permitem a formao de pontes de hidrognio com a molcula de gua.

e) a vitamina C solvel tanto na gua como no tecido adiposo, pois a sua molcula apresenta uma cadeia carbnica aromtica.

226. Considere o texto abaixo.

Nos icebergs, as molculas polares da gua associam-se por I; no gelo seco, as molculas apolares do dixido de carbono unem-se por II. Conseqentemente, a 1,0 atmosfera de presso, possvel prever que a mudana de estado de agregao do gelo ocorra a uma temperatura III do que a do gelo seco.

Para complet-lo corretamente, I, II e III devem ser substitudos, respectivamente, por:

a) a vitamina A solvel no tecido adiposo, devido presena de grupos carboxlicos que permitem interaes intermoleculares fortes com as molculas de gordura.

b) a vitamina A insolvel no tecido adiposo, porque apresenta uma molcula quase apolar e o grupo OH constitui uma parte muito pequena da cadeia.

c) a vitamina A solvel em gua, pois apresenta uma extensa cadeia carbnica aliftica, a qual facilita as interaes intermoleculares com as molculas de gua.

foras de London

pontes de hidrognio

foras de van der Waals

foras de van der Waals

pontes de hidrognio

pontes de hidrognio

foras de van der Waals

pontes de hidrognio

foras de London

pontes de hidrognio

Menor

Maior

Maior

Menor

Maior

a)b)c)d)e)

I II III

227. A questo abaixo est relacionada com a crena de que o acar (sacarose) adicionado ao tanque de um automvel pode danificar o seu motor. Tal crena pressupe que o acar seja dissolvido na gasolina e que a mistura resultante seja conduzida at o motor. A gasolina uma mistura de hidrocarbonetos, dos quais o octano pode ser tomado como representante. Sua estrutura, bem como a da sacarose, mostrada ao lado.

Dados: massa molar da sacarose = 342g/moldensidade da sacarose= 1,59cm-3; densidade da gasolina < 0,7g cm-3solubilidade da sacarose= 203,9 g em 100g de gua a 20C

Ligaes Qumicas

100

Sobre as estruturas acima, qual das afirmaes incorreta?

a) A molcula de n-octano apolar.b) Entre molculas de acar podem ocorrer

ligaes de hidrognio.c) As foras intermoleculares no n-octano

so mais fracas que as que ocorrem entre as molculas de acar.

d) Ocorrem ligaes de hidrognio entre as molculas de n-octano e as de acar.

e) As foras intermoleculares no n-octano so denominadas dipolo induzido-dipolo induzido.

228. Vestibular, tempo de tenses, de alegrias, de surpresas... Nan e Chu formam um casal de namorados. Eles esto prestando o Vestibular da Unicamp. J passaram pela primeira fase e agora se preparam para a etapa seguinte. Hoje, resolveram rever a matria de Qumica. Arrumaram o material sobre a mesa da sala e iniciaram o estudo:

Ser que estamos preparados para esta prova? pergunta Nan.

Acho que sim! responde Chu. O fato de j sabermos que Qumica no se resume regra e trs e decorao de frmulas nos d uma certa tranqilidade.

Em grande parte graas nossa professora observa Nan.

Bem, vamos ao estudo! Vamos considerar duas buretas lado a

lado. Numa se coloca gua e na outra n-hexano, mas no digo qual qual. Pego agora um basto de plstico e atrito-o com uma flanela. Abro as torneiras das duas buretas, deixando escorrer os lquidos que formam fios at carem nos frascos coletores. Aproximo o basto de plstico e o posiciono entre os dois fios, bem prximo dos mesmos.

a) A partir da observao do experimento, como se pode saber qual das duas buretas contm n-hexano? Por qu? Explique fazendo um desenho.

Hi! Esta questo me entortou! Deixe-me pensar um pouco... Ah! J sei!... Pergunte mais! diz Nan.

b) Se em lugar de gua e de n-hexamo fossem usados trans-1,2-dicloroeteno e cis-1,2-dicloroeteno, o que se observaria ao repetir o experimento?

229. Duas substncias slidas, x e y, apresentam propriedades listadas na tabela adiante:

Baseado nestas afirmaes, pode-se afirmar que:

a) x substncia molecular e y substncia inica.

b) x substncia inica e y substncia molecular.

c) x substncia metlica e y substncia inica.

d) x e y so substncias moleculares.e) x e y so substncias inicas.

Ligaes Qumicas

101

230. Assinale a alternativa em que as duas molculas so polares:

a) CO2 e COb) C6H6 e C6H5Clc) HF e F2d) ClCH = HCCl e CHCl3e) H2C = CCl2 e H2O

231. Entre as alternativas abaixo, relacionadas com as ligaes qumicas, escolha a verdadeira.

a) Os orbitais hbridos sp3d2 direcionam-se para os vrtices de uma pirmide pentagonal.

b) O ngulo entre os tomos de hidrognio na molcula do gs sulfdrico maior que entre os tomos de hidrognio na molcula da gua.

c) O CF62- tem uma geometria octadrica

com os tomos de flor direcionados para os vrtices do octaedro.

d) O paramagnetismo da molcula do oxignio experimetalmente comprovado, sinaliza para uma estrutura de Lewis com eltrons desemparelhados.

e) A molcula do oxignio diamagntica e no paramagntica, de tal forma que a estrutura de Lewis, na qual todos os eltrons aparecem em pares, est correta.

232. A figura abaixo representa o tomo de um elemento qumico, de acordo com o modelo de Bohr. Para adquirir estabilidade, um tomo do elemento representado pela figura dever efetuar ligao qumica com um nico tomo de outro elemento, cujo smbolo :

a) Cb) Fc) Pd) S

(HARTWIG, D.R. e outros. Qumica Geral e inorgnica). So Paulo :

Scipione, 1999)

233. Alguns alimentos so enriquecidos pela adio de vitaminas, que podem ser solveis em gordura ou em gua. As vitaminas solveis em gordura possuem uma estrutura molecular com poucos tomos de oxignio, semelhante de um hidrocarboneto de longa cadeia, predominando o carter apolar. J as vitaminas solveis em gua tm estrutura com alta proporo de tomos eletronegativos, como o oxignio e o nitrognio, que promovem forte interao com a gua.

A seguir, esto representadas quatro vitaminas:

Dentre elas, adequado adicionar, respectivamente, a sucos de frutas puros e a margarinas, as seguintes:

a) I e IVb) II e IIIc) III e IVd) III e Ie) IV e II

234. Sejam as seguintes substncias:

I. Tribrometo de boroII. ClorofrmioIII. Sulfeto de hidrognioIV. Monocloreto de iodoV. Dixido de carbonoFormam molculas polares somentea) I, II, IIIb) II, III, IVc) III, IV, V d) I, III, V e) II, IV, V

Ligaes Qumicas

102

235. No estado lquido, molculas de bromo esto unidas por:

a) pontes de hidrogniob) foras de van der Waalsc) ligaes inicasd) ligaes covalentese) ligaes metlicas

236. Os motores de carros a gasolina fabricados em nosso pas funcionam bem com uma mistura combustvel que contm 22% em volume de etanol. A adulterao por adio de maior quantidade de lcool na mistura ocasiona corroso das peas e falhas no motor. O teste de controle da quantidade de lcool na gasolina vendida pelos postos autorizados feito misturando-se, num frasco graduado e com tampa, 50,0 mL da gasolina do posto com 50,0 mL de soluo aquosa de cloreto de sdio. Aps agitao, esperam-se alguns minutos e observa-se a separao das fases da mistura. Num determinado posto, feito o teste, resultou que a fase orgnica ocupou o volume de 39,0 mL, e a fase aquosa 61,0 mL, o que isentou o posto de multa. Entre as alternativas abaixo, aquela que no est de acordo com o teste realizado :

a) Aps agitao, o etanol ocupou totalmente a fase orgnica.

b) A mistura gua e gasolina pode ser separada por decantao.

c) O etanol dissolve-se em gasolina devido s foras intermoleculares de van der Waals.

d) O etanol dissolve-se em gua devido a interaes por formao de pontes de hidrognio.

e) As pontes de hidrognio so interaes mais fortes do que as foras intermoleculares de van der Waals.

237. Qual das afirmaes abaixo falsa:

a) C6H6 pouco solvel em H2Ob) NH3 uma substncia covalente apolarc) A molcula H2O tem um dipolo eltrico

permanente

d) A molcula Cl2 apolare) Naftaleno bastante solvel em benzeno

238. Ao se conhecer o nmero de coordenao de um dos tomos de uma estrutura, tem-se informao sobre o nmero de:

a) tomos mais prximos a esse tomob) tomos com nmero de coordenao

igualc) Prtons desse tomo d) Ncleons desse tomoe) tomos presentes na estrutura

239. Na reao de um metal alcalino, Me, com um elemento X, obteve-se um composto de frmula Me2X. O elemento X provavelmente :

a) Gs rarob) Metal nobrec) Metal de transiod) Calcognioe) Halognio

240. Um composto A solvel em gua e funde a 1000oC. Conduz a corrente eltrica em soluo aquosa e fundido. Podemos dizer que A um composto:

a) Cujo retculo cristalino formado por molculas covalentes

b) Cujo retculo cristalino formado por tomos neutros

c) Cujas molculas no so polaresd) Cujas molculas so fracamente polarese) Cujo retculo cristalino formado por ons

241. Dentre as afirmaes abaixo, assinale a que no se aplica grafita:

a) Nota-se forte anisotropia na condutividade eltrica.

b) Nas condies ambientes, mais estvel do que o diamante.

c) um polmero bidimensional com ligaes de van der Waals entre planos paralelos prximos.

Ligaes Qumicas

103

d) Grafite de lpis uma mistura de grafita em p e aglomerantes.

e) uma substncia onde existem ligaes hbridas tipo sp3 .

242. O elevado calor especfico da gua uma de suas propriedades anmalas de grande interesse biolgico e tecnolgico. Isto ocorre porque:

a) A gua apresenta, em relao a outros lquidos, grande facilidade de passar ao estado gasoso.

b) A gua apresenta, em qualquer estado fsico, somente ligaes covalentes.

c) A gua apresenta um ponto de congelamento muito baixo, em relao a outros lquidos.

d) A gua apresenta facilidade na formao de polmero.

e) A densidade da gua ser mxima a 4oC .

243. Qual das seqncias de molculas abaixo, constituda apenas por molculas apolares?

a)b)c)d)e)

H2ONH3BF3PH3C6H6

CO2BF3CH4NH3PCl5

CS2CCl4CS2H2ONH3

CH4H2OC6H6C6H6CO2

244. Qual o composto mais solvel em gua?

a) CH4

b) CCl4

c) H5C2 - O - C2H5

d)

e)

245. As molculas esto ligadas por foras de van der Waals no slido:

a) H2O(s)b) CaO(s)c) Diamanted) Fe(s)e) CO2(s)

246. O lquido Q um solvente polar e o lquido R um solvente no-polar. A partir dessas informaes espera-se que:

a) O lquido Q e a gua so miscveisb) Ambos os lquidos so miscveis com um

3o lquido Tc) O lquido Q miscvel com o lquido Rd) CCl4 no miscvel tanto com Q como

com Re) NaCl solvel tanto em Q como em R

247. Dentre as frmulas estruturais abaixo, aquela que representa uma molcula apolar :

a)

b)

c)

d)

e) H - Cl

248. S1, S2 e S3 so trs substncias distintas. Inicialmente no estado slido, foram aquecidas independentemente at a fuso completa enquanto se determinavam suas

Ligaes Qumicas

104

condutividades eltricas. Os resultados das observaes esto resumidos na tabela.

S1, S2 e S3 correspondem, respectivamente, a compostos

a) metlico, covalente e inico.b) metlico, inico e covalente.c) covalente, inico e metlico.d) inico, metlico e covalente.e) inico, covalente e metlico.

249. De um slido duro foi medido seu ponto de fuso e ebulio resultando valores altos, e o teste de condutividade eltrica foi negativo. Mas, numa soluo aquosa diluda, conduziu bem a corrente eltrica. As foras que ligam os tomos no so direcionais. Das afirmaes acima conclui-se que o tipo do slido :

a) Molecularb) Inicoc) Covalente apolard) Metlicoe) Covalente polar

250. A teoria corpuscular da matria fundamental dentro do pensamento cientfico; suas origens remontam Grcia do sculo V a.C., quando Leucipo e Demcrito formularam algumas proposies sobre a natureza da matria, resumidas a seguir:

A matria constituda de tomos, pequenas partculas (corpsculos) indivisveis, no constitudas de partes.

Os tomos podem variar quanto forma. Os tomos esto em movimento

desordenado, constante e eterno.

Tais proposies tinham por objetivo fornecer elementos para uma explicao lgica do funcionamento do mundo. Por exemplo, de acordo com os filsofos gregos, a gua espalha-se sobre uma superfcie plana porque seus tomos seriam esfricos e lisos, rolando uns sobre os outros; os tomos dos corpos slidos seriam speros, ou dotados de pontas e ganchos que os prenderiam uns aos outros.

Para explicar a associao de tomos, molculas, etc., em vez de pontas e ganchos como propunham os gregos, fala-se hoje em interaes de natureza eltrica. Considere as figuras a seguir.

Sobre as idias atualmente utilizadas para explicar as ligaes entre as partculas, qual das afirmaes incorreta?

a) tomos podem se ligar compartilhando eltrons, como na covalncia (figura II).

b) Partculas dotadas de diplo eltrico podem se atrair atravs dos plos eltricos de sinais contrrios (figura III).

c) Ctions so atrados por nions, como ocorre na ligao inica (figura I).

d) Na ligao metlica, nions esto imersos num mar de eltrons mveis (deslocalizados) que os mantm unidos devido s cargas eltricas de sinais contrrios (figura V).

e) As ligaes diplo-diplo podem ser especialmente fortes quando envolvem tomos de hidrognio e tomos de eletronegatividade elevada (figura IV).

Ligaes Qumicas

105

251. Assinale a nica afirmao correta, relativas s seguintes estruturas:

Cbica simples CSCbica de corpo centrado CCCCbica de face centrada CFCHexagonal compacto HC

a) A maioria dos metais cristaliza na estrutura CS

b) A estrutura CFC to compacta como a estrutura HC

c) A maioria dos metais cristaliza na estrutura CCC

d) Na estrutura CCC cada tomo tem seis vizinhos mais prximos

e) A estrutura CCC mais compacta que a estrutura CFC

252. Nenhuma teoria convencional de ligao qumica capaz de justificar as propriedades dos compostos metlicos. Investigaes indicam que os slidos metlicos so compostos de um arranjo regular de ons positivos, no qual os eltrons das ligaes esto apenas parcialmente localizados. Isto significa dizer que se tem um arranjo de ons metlicos distribudos em um mar de eltrons mveis.

Com base nestas informaes, correto afirmar que os metais, geralmente:

a) Tm elevada condutividade eltrica e baixa condutividade trmica.

b) So solveis em solventes apolares e possuem baixas condutividades trmica e eltrica.

c) So insolveis em gua e possuem baixa condutividade eltrica.

d) Conduzem com facilidade a corrente eltrica e so solveis em gua.

e) Possuem elevadas condutividade eltrica e trmica.

106

ESTUDO DA SOLUBILIDADE

SOLUES

Existem certos termos que se aplicam a todos os tipos de solues (misturas homogneas). As palavras soluto e solvente so dois desses termos. Em geral, referimo-nos substncia presente em maior quantidade numa soluo como solvente, sendo todas as demais consideradas solutos. Todavia nas solues aquosas, sempre se considera a gua como sendo solvente, mesmo quando presente em menores quantidades.

Essa mistura (96% H2SO4 + 4% gua) chamado de cido sulfrico concentrado, o que significa que um grande quantidade de H2SO4 est dissolvida em uma pequena quantidade de gua (considerada solvente).

Os termos concentrado e diludo so usados quando desejamos falar quantitativa-mente das propores rela-tivas entre solvente e soluto. Em uma soluo concentra-da, existe uma quantidade relativamente grande de so-luto presente no solvente; uma soluo diluda, por outro lado, possui apenas uma quantidade pequena de soluto.

Na maioria dos casos, h um limite para a quantidade de soluto que se dissolver em uma quantidade fixa de solvente a uma temperatura especfica.

Solues

107

Exemplo:

O exemplo acima torna claro que em 100,0 mL de gua a 0C podemos dissolver no mximo 35,7g de cloreto de sdio. Como foi adicionado ao bquer 100,0g de cloreto de sdio e apenas 35,7g se solubiliza, 64,3g permanecem no solubilizados, constituindo o corpo de cho.

Uma soluo chamada saturada quando, em certas condies de (p, t), a quantidade de soluto dissolvida mxima numa dada quantidade padro de solvente. Uma soluo saturada est em equilbrio em relao a uma certa substncia dissolvida.

NaCl(s) Na1+(aq) + Cl

1-(aq)

bom saber que medida que o NaCl(s) continua a se dissolver, ons entram na soluo e a velocidade de retorno ao estado cristalino aumenta. No final atinge-se um equilibro dinmico no qual a velocidade em que os ons abandonam os cristais igual velocidade que os ons retornam ao cristal.

Coeficiente de Solubilidade C.S.Coeficiente de solubilidade, ou simplesmente

solubilidade, a quantidade mxima de uma substncia capaz de se dissolver em uma quantidade padro de solvente em determinadas condies de temperatura e presso.

Exemplos:

Ateno:

A solubilidade varia com a temperatura; No existe relao alguma entre os termos

saturado e no-saturado com os termos concentrado e diludo (veja as solues saturadas a 25C de AgCl e LiClO3).

SOLUBILIDADE E TEMPERATURA

No existe uma equao simples que possa explicar a relao entre a solubilidade de um soluto no solvente a uma dada temperatura; os relacionamentos entre a solubilidade e a temperatura so comumente representados por grficos experimentais, de solubilidade contra temperatura.

Esses grficos so chamados curvas de solubilidade.

Em geral, a solubilidade da maioria das substncias slidas e lquidas em um solvente aumenta como o aumento da temperatura. Para gases em lquidos, tem-se observado o comportamento oposto.

Solues

108

Exemplos:

Quando aquecemos gua, aparecem pequenas bolhas nas paredes e fundo do recipiente, antes de comear a ferver. Essas bolhas contm ar, que sai da soluo quando a gua torna-se quente.

Bebidas gaseificadas guardadas no refrigerador (garrafa aberta) retm seu CO2 dissolvido por mais tempo do que fora do refrigerador, porque o CO2 torna-se mais solvel a baixa temperatura.

EFEITO DA PRESSO SOBRE A SOLUBILIDADE

Em geral, a presso tem muito pouco efeito sobre a solubilidade de lquidos ou slidos em solventes lquidos. A solubilidade de gases, todavia, sempre aumenta com a elevao da presso.

Bebidas gaseificadas, por exemplo, so engarrafadas sob presso, para assegurar uma elevada concentrao de CO2; uma vez aberta garrafa, a bebida rapidamente perde o gs, a menos que seja fechada outra vez.

A relao entre a solubilidade de um gs em um lquido, em funo da presso, dada pela lei de Henry. A solubilidade de um gs em um lquido diretamente proporcional presso do gs.

S = K x p Onde K depende da temperatura e da natureza do gs.

bom saber que o coeficiente de solubilidade de uma substncia uma propriedade especfica, isto , cada substncia tem o seu coeficiente de solubilidade. Um detalhe interessante quando abrimos uma garrafa de bebida gaseificada; a presso sobre o lquido decresce para um valor prximo de 1atm e o CO2 escapa da soluo. Se o recipiente continuar destampado, praticamente todo o CO2 escapar da soluo, tendo em vista que sua presso parcial no ar muito baixa.

EXERCCIOS

253. Observe o grfico a seguir e responda:

a) Qual o sal menos solvel em gua a 10C?

b) Qual o sal mais solvel em gua a 20C?

c) Em qual temperatura a solubilidade do cloreto de sdio (NaCl) a mesma do dicromato de potssio (K2Cr2O7) ?

d) Que sal mais solvel a 10C, cloreto de potssio ou cloreto de sdio?

e) Que sal mais solvel a 80C, cloreto de potssio ou cloreto de sdio?

f) Quantos gramas de nitrato de potssio podem saturar 50g de gua a 20C?

g) Quantos gramas de cloreto de sdio podem saturar 300g de gua a 100C?

Solues

109

254. So preparadas duas misturas: uma de gua e sabo e a outra de etanol e sabo. Um feixe de luz visvel incidindo sobre essas duas misturas visualizado somente atravs da mistura de gua e sabo. Com base nestas informaes, qual das duas misturas pode ser considerada uma soluo? Por qu?

255. A fenilalanina um aminocido utilizado como adoante diettico. O grfico abaixo representa a variao da solubilidade em gua da fenilalanina com relao temperatura. Determine o volume de gua, em mililitros (mL), necessrio para dissolver completamente 3,0 g da fenilalanina temperatura de 40C. Considere que a densidade da gua a 40C 1,0 kg/L.

256. A solubilidade do oxalato de clcio a 20C de 33,0g por 100g de gua. Qual a massa, em gramas, de CaC2O4 depositada no fundo do recipiente quando 100 g de CaC2O4(s) so adicionados em 200g de gua a 20C?

257. Uma soluo saturada de NH4Cl foi preparada a 80C utilizando-se 200g de gua. Posteriormente, esta soluo sofre um resfriamento sob agitao at atingir 40C. Determine a massa de sal depositada neste processo. A solubilidade do NH4Cl varia com a temperatura, conforme mostrado no grfico abaixo.

EXPRESSES DE CONCENTRAO

A concentrao de uma soluo expressa a maneira de se indicar a proporo entre as quantidades de soluto e de soluo ou de solvente.

I. DENSIDADE - d:

Solues

110

II. CONCENTRAO COMUM - C:

EXERCCIOS

258. 20g de nitrato de sdio foi completamente dissolvido em 180 mL de gua produzindo 200 mL de soluo. Determine a densidade absoluta da soluo em g/mL e a concentrao da soluo em g/L.

259. Considere duas latas do mesmo refrigerante, uma na verso diet e outra na verso comum. Ambas contm o mesmo volume de lquido (300mL) e tm a mesma massa quando vazias. A composio do refrigerante a mesma em ambas, exceto por uma diferena: a verso comum contm certa quantidade de acar, enquanto a verso diet no contm acar (apenas massa desprezvel de um adoante artificial). Pesando-se duas latas fechadas do refrigerante, foram obtidos os seguintes resultados:

Por esses dados, pode-se concluir que a concentrao, em g/L, de acar no refrigerante comum de, aproximadamente,

a) 0,020 b) 0,050c) 1,1d) 20e) 50

III. TTULO - T :

Solues

111

IV. FRAO MOLAR DO SOLUTO X1:

EXERCCIOS

260. 20g de nitrato de amnio foi completamente dissolvido em 80 mL de gua. Qual o ttulo da soluo?

261. Para obter-se uma soluo aquosa de lcool com frao molar de gua igual a 0,8 deve-se misturar gua com lcool na proporo, respectivamente, de:

a) 1 mol : 5 molsb) 5 mols : 1 molc) 1 mol : 4 molsd) 4 mols : 1 mole) 4 mols : 5 mols

262. Determine a frao molar do brometo de clcio numa soluo aquosa de ttulo igual a 10% em massa.

263. Numa gota de uma soluo existe 1 mol de cloreto de sdio. Qual a concentrao em quantidade de matria ?

264. Num ajuste de pH da gua de um tanque foi adicionado 4kg de soda custica. Qual o volume do tanque em m3, sabendo-se que a concentrao da base no tanque em mol/L igual a 1?

265. 2,14g de cloreto de amnio (NH4Cl) so dissolvidos em 1600g de gua. Qual a molalidade dessa soluo ?

Solues

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266. Determine a molalidade de uma soluo 0,5 M de brometo de clcio (M = 200 g/mol). A densidade da soluo 1,008 g/mL.

bom saber que muitas vezes a frao, seja em massa, volume, ou em quantidade de matria de uma substncia, to pequena que nos obriga a usar outra nomenclatura para exprimir a concentrao das solues. Veja o quadro abaixo.

ppm - partes por milho e ppb partes por bilho

1m =10-6

V. CONCENTRAO EM QUANTIDADE DE MATRIA - M:

VI. MOLALIDADE - W:

VII. NORMALIDADE - N:

Solues

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VIII. EQUIVALENTE GRAMA - E:

CONVERSO DE CONCENTRAES

EXERCCIOS

267. Em dois litros de soluo aquosa de sulfato de alumnio de normalidade igual a 1, quantos equivalentes grama do soluto existem ?

268. 49g de cido sulfrico foi completamente dissolvido em gua suficiente para produzir 500 mL de soluo. Qual a normalidade da soluo ?

269. Uma soluo molar de sulfato de alumnio tem densidade igual a 1,15 g/mL. Determine a concentrao em g/L, o ttulo e a normalidade.

270. Numa anlise feita em cima de uma soluo aquosa de cido ntrico de 27% em massa, encontrou-se uma densidade igual a 1160 g/L. Determine a concentrao da soluo em g/L, em mol/L e em E/L.

271. A frao molar do sulfato de alumnio numa soluo aquosa igual a 0,05. Determine a concentrao em quantidade de matria, a molalidade e a normalidade.

Solues

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DILUIO DAS SOLUES

A diluio um processo em que consiste em diminuir a concentrao de uma soluo por acrscimo de um solvente ou da prpria soluo mais diluda.

MISTURA DE SOLUES DE MESMO SOLUTO

Podemos misturar solues de mesmo soluto de concentraes diferentes, obtendo assim a mesma soluo com concentrao intermediria.

Para determinarmos a concentrao da soluo resultante, utilizaremos qualquer uma das equaes que se seguem ...

EXERCCIOS

272. 300 mL de gua destilada so adicionados a 200 mL de uma soluo de glicose a 10 g/L. Qual a concentrao final da soluo ?

273. Determine o volume de gua a ser adicionado a 1 mL de uma soluo de cido fosfrico a fim de que sua concentrao em mol/L seja reduzida a 1/5 da inicial.

274. Que volume de gua deve ser evaporado de 100 mL de uma soluo aquosa de NaOH a 1 mol/L para que fique a 5 mol/L ?

275. 50 g de KOH de 20% em massa so adicionados a 150 g de KOH de 50% em massa. Determine a % em massa da base na mistura.

Solues

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276. Que volumes de solues a 0,2 mol/L e 1,2 mol/L de HCl devem ser misturados a fim de se obter 20 L de soluo molar de HCl ?

277. Os mdicos recomendam que o umbigo de recm-nascidos seja limpo, usando-se lcool a 70%. Contudo, no comrcio, o lcool hidratado geralmente encontrado na concentrao de 96% de volume de lcool para 4% de volume de gua. Logo, preciso realizar uma diluio. Qual o volume de gua pura que deve ser adicionado a um litro (1L) de lcool hidratado 80% v/v, para obter-se uma soluo final de concentrao 50% v/v?

a) 200 mLb) 400 mLc) 600 mLd) 800 mLe) 1600 mL

MISTURA DE SOLUES DE SOLUTOS DIFERENTES, QUE NO REAGEM ENTRE SI

Podemos misturar solues de solutos diferentes sem que estes se combinem quimicamente entre si.

MISTURA DE SOLUES DE SOLUTOS DIFERENTES, COM REAO ENTRE ELES

Podemos misturar solues de solutos diferentes e tambm fazendo com que estes reajam entre si. Num processo dessa natureza importante observar o nmero de mols que reagem. Observe o esquema a seguir...

EXERCCIOS

278. 100mL de NaCl a 0,1 mol/L so misturados com 400mL de CaCl2 a 0,2mol/L. Determine a concentrao de cada on na mistura final, sabendo-se que houve 100% de dissociao.

279. 100 mL de soluo aquosa de cido fosfrico a 0,1 mol/L so misturados com 400mL de soluo aquosa de hidrxido de sdio a 0,2 mol/L. Determine a concentrao em mol/L do sal formado na soluo.

280. 100 mL de soluo aquosa sulfato de alumnio 1M so adicionados a 900mL de soluo aquosa de cloreto de brio M/3. O precipitado obtido quantitativamente separado da soluo. Qual a massa do precipitado ?

TITULAO

A anlise volumtrica est fundamentada na medida dos volumes das solues reagentes. A titulao um procedimento para se determinar a quantidade de uma substncia contida num determinado volume de soluo, atravs da adio cuidadosa de uma outra soluo de concentrao conhecida, at que a reao entre as duas solues esteja exatamente completada. O final da reao (ponto estequiomtrico) indicado por uma mudana de cor produzida por um indicador previamente escolhido.

Solues

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Geralmente as titulaes ocorrem entre cido e base. Neste caso dizemos que a titulao est encerrada quando o cido neutralizar a base. Para verificarmos o ponto de neutralizao ou ponto estequiomtrico,