MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

U UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E

MUCURI

DIAMANTINA – MINAS GERAIS

Instituto de Ciência e Tecnologia - ICT

QUÍMICA TECNOLÓGICA II Prof. Dr. Marcelo Moreira Britto

Segundo semestre de 2012

ATIVIDADE 1: Os orbitais e a estrutura molecular

1) Como três orbitais atômicos do tipo p se diferem? O que são orbitais degenerados? 2) Podem se formar ligações π a partir da interação entre orbitais s e p? E entre

orbitais p e d? 3) Quais seriam as diferenças existentes entre os orbitais moleculares que compõem

as ligações σ (sigma) e π (pi)?

4) Por que a rotação livre pode ocorrer facilmente em torno de uma ligação sigma, mas o mesmo não pode acontecer para uma ligação pi?

5) Por que um átomo não pode fazer 3 ligações pi?

6) Qual seria a energia relativa dos orbitais hibridos sp, sp2, sp3 e os orbitais s e p? 7) Qual seria a disposição espacial dos átomos ligados aos elementos enumerados.

Qual (is) seria(m) o(s) orbital(is) utilizado(s) por estes elementos enumerados para fazer as ligações.

8) Descreva a geometria adotada pelo elemento central numerado em cada uma das seguintes estruturas moleculares.

7

6

5

4

3

2

1

IVIIIIII

++N

CH3

H

..N CHHO N CH2

H

..N CH3H3C

CH3

O

SOO

N CH3C CH3

+O

CCH3O

H3C

9:

- +

8

7

654

3

2

1

C(CH3)3C(CH3)3OCC

H

H+N

Si CH3

CH3

H

CH3C

O

NCH3

CH3

1011 12

13

9) A estrutura do linestrenol, um componente de certos contraceptivos orais, é está representada abaixo:

Baseado nesta estrutura responda às questões a seguir: a) Localize um exemplo de uma ligação altamente polarizada b) Localize um exemplo de uma ligação não polarizada. c) Localize uma ligação entre átomos de diferentes hibridações. d) Quais os orbitais são utilizados pelo carbono 12 para se ligar aos seus vizinhos. e) Qual o orbital utilizado por cada átomo para se ligar ao carbono 12? Qual a força

relativa das ligações formadas? f) Quais os tipos de interação esta molécula poderia fazer? g) Esta molécula deve ser solúvel em uma fase mais polar ou mais apolar? Justifique.

10) Com base nos ângulos entre as ligações que define a estrutura molecular do composto (CH3OH) abaixo, responda:

a) Quais os orbitais utilizados pelos átomos centrais (1 e 2) para fazerem ligações? b) Em quais orbitais se encontram os pares de elétrons não ligantes do átomo 2?

c) Seria possível a formação de ligação π entre os átomos 1 e 2? Por que? d) Quais os orbitais atômicos estão envolvidos na ligação entre o átomos 1 e 2? Quantos

orbitais moleculares foram obtidos? e) A repulsão entre pares de elétrons está relacionada com a geometria da molécula?

Justifique a sua resposta. f) De acordo com a teoria dos orbitais moleculares, quantos orbitais foram formados no

conjunto de ligações que compõem a molécula de metanol descrita?

pares de elétrons não ligantes

1

2

1918

17

1615

14

13

1211

10

9

87 6

54

3 2

1

OC CH

H2021

g) Na molécula de água o angulo entre as ligações oxigênio-hidrogênio são de aproximadamente 104o , menores que o angulo formado pelas ligações carbono/oxigênio e oxigênio/hidrogênio da molécula de metanol que é de 108,9o. Justifique.

h) Qual seria a consequência para a força das ligações carbono/oxigênio e

oxigênio/hidrogênio se o metanol fosse protonado por um ácido? (se um dos pares de elétrons do oxigênio se ligasse a um hidrogênio) Justifique.

11) Baseado nos ângulos de ligação do nitrogênio com os átomos que o circula,

ilustrados pela figura abaixo, responda:

a) O que poderia ser dito a cerca da natureza dos orbitais utilizados pelo nitrogênio nas

ligações com estes átomos? b) Ao que poderia ser atribuída a diferença nos angulos formados entre as ligações na

molécula descrita acima? c) De que maneira o par de elétrons livres do nitrogênio influencia na geometria adotada

pela molécula? d) Se os pares de elétrons do nitrogênio não estivessem presentes, qual o tipo de orbital

o nitrogênio utilizaria para se ligar ao carbono?

e) O nitrogênio poderia fazer uma ligação π com o carbono ligado ele? Por que? f) Considere os compostos descritos nos exercícios 10 e 11 protonados. Qual dentre estes compostos apresentaria um comportamento mais ácido. Em outras palavras, a retirada do primeiro hidrogênio seria mais facilitada em qual destes compostos? A retirada de um segundo hidrogênio destes compostos seria tão facilitada assim? Justifique.

12) Justifique a seguinte afirmativa:

a) O dióxido de carbono (CO2) não possui momento de dipolo (µ), ao passo que o dióxido de enxofre possui um momento de dipolo de 1,64 D.

par de elétrons livres

13) Leia o texto com atenção antes de responder às questões propostas: O diamante e o grafite são sólidos reticulares elementares. São reticulares porque os átomos que os compõem estão ligados uns aos outros por ligações covalentes fortes, formando uma rede que se estende por todo o cristal. São elementares porque esta rede é composta por apenas um tipo de elemento, no caso, o carbono. Estas duas formas de carbono são alotrópicas, visto que possuem a mesma composição (mesmo elemento), mas diferem na maneira pela qual os átomos estão ligados uns aos outros. Esta alotropia se faz sentir nas diferentes propriedades fisicas e químicas exibidas pelo diamante e pelo grafite.

No diamante, cada átomo de carbono está ligado covalentemente a quatro átomos. A estrutura tetraédrica se estende por todo o cristal.

No grafite, cada átomo de carbono está ligado, por ligações covalentes fortes) a três outros átomos, formando camadas planas de átomos de carbono. As diversas camadas de carbono que compõem o grafite, estão unidas entre si por interações fracas do tipo Van der Walls. Os elétrons dos orbitais p presentes nos carbonos que compõem a estrutura podem se mover ao longo de todo o retículo cristalino.

Com base no texto que você acabou de ler e nas informações previamente adquiridas, responda:

a) Quais os orbitais utilizados pelo carbono para se ligar aos demais, no retículo

cristalino do diamante? E do grafite? b) O diamante não conduz eletricidade e é tão duro que é usado para proteger

brocas como abrasivo de longa duração. Ao que se deve estas propriedades do diamante?

c) O grafite, ao contrário do diamante, quebra com facilidade e conduz muito bem

corrente elétrica podendo até ser exibir propriedades lubrificantes. Ao que se deve estas propriedades do grafite?