TABELA PERIÓDICA - LIGAÇÕES QUÍMICAS

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Profª Msc. Flávia Vasconcelos Curso Preparatório para as Olimpíadas de Química

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Apresentação contendo questões, e sua resolução, sobre TABELA PERIÓDICA e LIGAÇÃO QUÍMICA para os estudantes que pretendem fazer as questões das Olimpíadas de Química (regionais e nacional), A mesma foi utilizada no Preparatório para as Olimpíadas de Química organizado pelo Espaço Ciência, museu de Ciências do Estado de Pernambuco.

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Profª Msc. Flávia Vasconcelos

Curso Preparatório para as Olimpíadas de Química

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CONTEÚDOS Tabela periódica: nomes e símbolos dos elementos;

Grupos e períodos. Propriedades periódicas.Classificação dos elementos em metais, não-metais,semi-metais, gases nobres, elementos de transição.

Ligações químicas: regra do octeto-dueto, ligaçõesiônicas, covalentes, metálicas - forçasintermoleculares. Polaridade de moléculas e deligações. Fórmulas eletrônicas (Lewis) e estrutural.Geometria molecular.

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Questão 1. (ONNEQ - 2009) Os raios atômico e iônico(2+) para o cálcio e para o zinco estão relacionados a seguir:

a)Explique a razão do raio iônico em cada caso ser menor que o raio atômico.

b)Por que o raio atômico do cálcio é maior que o do zinco? c)Por que a 1ª energia de ionização do zinco é maior que a do

cálcio? d)Para a formação dos cátions Ca+2 e Zn+2 é necessária uma

segunda energia de ionização. Em relação à primeira, essaenergia será maior ou menor? Explique.

Elemento

ou Íon

Raio (Å) 1ª energia de

ionização

Ca 1,74 6,1 eV

Zn 1,31 9,4 eV

Ca2+ 0,99

Zn+ 0,74

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Ambos os elementos estão presentes no 4º período da Tabela Periódica

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Considerações...I. O raio iônico de um elemento é a sua parte da

distância entre íons vizinhos em um sólido iônico.

II. Todos os cátions são menores do que os átomosoriginais, porque os átomos perdem um ou maiselétrons para formar o cátion, com isto ocorrendouma aumento na força de atração do núcleo atômicosobre os elétrons restantes. Diminuindo seu raioatômico.

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Considerações...I. Em um mesmo período, há um aumento do número de

prótons, consequentemente, a carga nuclear efetivacresce devido a maior atração dos prótons no núcleoatômico.

II. Como resultado, em cada período, as energias deionização geralmente crescem porque os elétrons maisexternos estão “mais presos” ao núcleo.

III. A primeira energia de ionização é maior para oselementos próximos do hélio, na TP, e menor para ospróximos ao frâncio. A segunda E.I. é maior do que aprimeira E.I. e a diferença é muito maior se o segundoelétrons for retirado de uma camada fechada.

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Elementos com maior EI se localizam na região mais alta adireita da TP, com maior tendência a formar ânions.

Os elementos com menor EI se localizam na região inferioresquerda, com tendência a formar cátions.

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Respostas a) Como os íons Ca2+ e Zn2+ perderam dois elétrons, o

núcleo aumenta sua força de atração sobre os elétronsrestantes, diminuindo assim o raio atômico.

b) No Cálcio a blindagem é mais efetiva, já o Zincopossui mais prótons atraindo os elétrons, fazendo comque seus elétrons fiquem mais próximos do núcleo,diminuindo seu raio atômico (ficando menor que o docálcio).

c) no Zn os elétrons estão mais atraídos pelo núcleo,devido seu raio pequeno, por isso a sua 1ª energia deionização é maior porque há uma maior carga nuclearefetiva do zinco.

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d) Menor. Pois esta favorecerá um estado de oxidaçãoestável para os átomos, logo eles passarão para umaforma mais estável do que o estado de oxidação +1.Ambos os elementos possuem orbital s preenchido, apósa 1ª energia o orbital fica ns1, a perda desse elétron étermodinamicamente favorecida, pois formará espéciesque terão configuração eletrônica de gás nobre.

20Ca – 1s² 2s² 2p6 3s² 3p6 4s²

20Ca+2 – 1s² 2s² 2p6 3s² 3p6

Zn - 1s² 2s² 2p6 3s² 3p6 4s² 3d10

Zn+2 - 1s² 2s² 2p6 3s² 3p6 3d10

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Questão 2. (ONNEQ - 2000) Dentre as propriedadesperiódicas dos elementos químicos, a energia (oupotencial) de ionização, está estreitamente relacionadacom a formação de cristais iônicos. a) defina o que é energia de ionização

b) como esta propriedade varia na tabela periódica, ao longodos grupos e dos períodos?

c) os valores das primeiras energias de ionização de Al, Ga e Insão respectivamente: 0,5776; 0,5788 e 0,5583 kJ/mol. Por queesses valores não seguem a tendência geral descrita no itemanterior?

d) que outras energias, além da energia de ionização, estãotambém envolvidas na formação de um cristal iônico a partirde seus elementos no estado natural?

e) por que não existe um cristal com estequiometria NaCl2?

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a) É a energia mínima necessária para “remover” umelétron da camada de valência de um átomo que estejaisolado.

b) A energia de ionização cresce ao longa da tabelaperiódica de maneira oposta ao raio atômico ou seja, nosperíodos ou séries, cresce da esquerda pra direita, nasfamílias ou grupos, cresce de baixo para cima.

c) A ordem decrescente da energia de ionização teórica seria Al > Ga > In, entretanto o gálio apresenta um valor superior as do alumínio, não obedecendo a ordem anterior.

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d) 1ª etapa: (sublimação do sódio sólido)

Energia + Na(s) → Na(g)

2ª etapa: (quebra de ligação do gás cloro)

Energia + Cl2(g) → 2Cl(g)

3ª etapa: (Energia de ionização do sódio)

Energia + Na(g) → Na+(g)

4ª etapa: (Eletroafinidade)

Energia + Cl(g) → Cl-(g) + energia

5ª etapa: A energia reticular é uma energia liberadadurante a formação do retículo cristalino, por meio deinterações eletrostáticas entre os íons Cl-

(g) e Na+(g),

tornando o processo termodinamicamente favorável.

ELETROAFINIDADE Energia liberada por um átomo quando

este recebe um elétron.

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e) No retículo cristalino do cloreto de sódio (NaCl)determinado experimentalmente, é possível observarque cada íon cloreto está circundado por seis íons Na+ ecada íon sódio está ligado a seis íons cloreto. Assim,ambos os íons têm N.C. = 6. A estequiometria do cristalé 1:1 (composto do tipo MX). Chamamos a estruturacristalina do NaCl de cúbica de face centrada.

A estrutura cristalina e todos os parâmetros

geométricos (distâncias internucleares e ângulos

interiônicos) são determinados

experimentalmente por uma técnica chamada difração de raio X.

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Questão 3. (OBQ - 2003) Um elemento químicoapresenta a configuração eletrônica [Xe]4f14 5d7 6s²,portanto, é um:

a) gás inerte

b) calcogênio

c) metal alcalino

d) metal do bloco d

e) metal alcalino terroso

Xe –(Z=54) 1s², 2s², 2p6, 3s², 3p6, 4s², 3d10, 4p6, 5s², 4d10, 5p6

X –(Z=77) 1s², 2s², 2p6, 3s², 3p6, 4s², 3d10, 4p6, 5s², 4d10, 5p6 6s², 4f14, 5d7

Irídio - Ir

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Questão 4. (ONNEQ - 2002) A reação de iodo (I2) ecloro (Cl2) produz um cloreto de iodo (IxCly), que é umsólido amarelo brilhante. a) Se, em uma reação que consome completamente

0,678 g de iodo foram produzidos 1,246 g desse cloreto(IxCly), qual será sua fórmula empírica ?

b) Se, em outro experimento determinou-se a massamolar desse composto sendo aproximadamente 467g/mol, qual será sua fórmula molecular?

c) Desenhe a estrutura de Lewis para a molécula dessecomposto.

d) Faça uma previsão para a geometria dessa molécula ?

e) Esta molécula é polar ou apolar ?

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b)

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c)

As ligações (I-Cl) terminais são ligações simples normais.

As ligações (I-Cl) em ponte são consideravelmente mais longas.

d) Este composto apresenta geometria planar

e) Por apresentar uma estrutura simétrica planar estecomposto é apolar, porém quando fundido, podeapresentar uma boa condutividade elétrica devido aocorrência de ionização :

I2Cl6 ↔ [ICl4]-

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Questão 5. (ONNEQ - 2005) Na química do nitrogênio, e em geral, na química doscompostos covalentes, o conceito de estado de oxidação constitui um formalismo útilpara, entre outras coisas, balancear reações químicas, porém, a ele não se pode atribuiruma realidade física. Existem óxidos, nos quais, o nitrogênio apresenta cada um dos cincoestados de oxidação de +1 a +5 e outros compostos, nos quais, o nitrogênio apresentatodos os estados de oxidação entre -3 e +5.

O Óxido de nitrogênio(I) (também conhecido como Óxido nitroso, foi o primeiroanestésico sintético que se descobriu e o primeiro propulsor para aerossóis comerciais;suas propriedades benéficas contrastam com as de outros óxidos como o de nitrogênio(II)(também conhecido como óxido nítrico) e o de nitrogênio(IV) que são, a concentraçõeselevadas, contaminantes atmosféricos.

A 25º C e 1 atm o óxido nítrico é termodinamicamente instável. A pressões elevadas, ele sedecompõe rapidamente, no intervalo entre 30 a 50 ºC, segundo a seguinte reação da qualparticipam os três óxidos de nitrogênio mencionados:

3 NO (g) → N2O(g) + NO2 (g)

a) Desenhe as estruturas de Lewis correspondentes a estes três óxidos de nitrogênio.

b) Indique e justifique a geometria molecular do óxido nitroso e do dióxido de nitrogênio.

c)Indique e justifique o momento dipolar que apresentam estes três óxidos de nitrogênio.

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a) Para o NO, temos:

(trata-se de uma molécula ímpar, ou radical livre;sendo, por isso paramagnética. Quanto àspropriedades químicas, o NO é um gás incoloraltamente reativo em uma atmosfera com oxigênio,se apresentando como um híbrido de ressonânciadas estruturas acima.)

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Para o N2O, temos:

(trata-se de uma molécula que apresenta ressonância dospares de elétrons e na prática se apresenta como umhíbrido de ressonância, expresso a seguir)

Para o NO2 temos:

(trata-se tanto de uma molécula ímpar com considerável tendência a se dimerizar em N2O4, como uma molécula que apresenta ressonância dos pares de elétrons e na prática se apresenta como um híbrido de ressonância)

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b) De acordo com a teoria de repulsão dos pares de eletrônicos da valência(RPECV, sigla em inglês VSEPR) as geometrias dos compostos são:

Para o dióxido de nitrogênio a geometria angular é a mais adequada pelofato da molécula ser triatômica e seu átomo central (o nitrogênio) possuirum elétron desemparelhado, fazendo com o ângulo da ligação (O - N - O)seja menor de 180a, a fim de minimizar as repulsões entre o elétron nãoligante e os pares de elétrons ligados.

Para o oxido nitroso a geometria linear é a mais adequada pois a molécula étriatômica e seu átomo central (o nitrogênio) não apresenta nenhumelétron não ligante, o que faz com que o ângulo de ligação mais estável, ouseja, com as menores repulsões possíveis entres os pares de elétrons ligadosda molécula de N2O seja 180o.

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c) Para o NO, temos:

(o vetor momento dipolar da molécula é diferentede O, em virtude da maior eletronegatividade dooxigênio em relação ao nitrogênio, havendodiferentes concentrações de carga na molécula,tornando-a polar.)

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Para o NO2, temos:

(o vetor momento dipolar da molócula é diferente de 0,em virtude da maior eletronegatividade dos oxigênioem relação ao nitrogênio. Logo a soma vetorialresultante na direção dos oxigênios e concentraçõesdiferentes de carga por toda a molécula , tornando-apolar.)

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Para o N2O, temos:

(O vetor momento dipolar da molécula é diferente de0. Embora não haja diferença de eletronegatividadeentre os átomos de nitrogênios, existe um vetormomento dipolo na ligação N - O, sendo este vetorresponsável pela polarização do composto; tornando-o, portanto levemente polar).

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Questão 6. (OBQ - 1999) O dióxido de enxofre, SO2, éum poluente do ar, proveniente das descargas deautomóveis e das chaminés de fábricas.

a) Desenhe a estrutura de Lewis do SO2 e determine oângulo de ligação O-S-O, a geometria molecular e ahibridação do átomo de "S".

b) Que tipos de forças são responsáveis pela união dasmoléculas de SO2, em fase condensada?

c) Usando a informação abaixo liste os compostos emordem crescente de intensidade das forçasintermoleculares

Composto Ponto de ebulição (ºC)

SO2 -10,0

NH3 -33,4

CH4 -161,5

H2O 100,0

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d) O ponto triplo para o SO2 é -74 °C (estimado), seuponto de fusão é -72,7 °C e seu ponto de ebulição é -10°C. O SO2 sólido é mais denso ou menos denso que oSO2 líquido?

e) O dióxido de enxofre que é "jogado" na atmosfera éum dos responsáveis pela precipitação de chuva ácida.Escreva as equações químicas relacionadas com esteprocesso.

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A) Devido à repulsão do par de eletrônico sobre osorbitais ligantes, a molécula em questão apresentará umângulo entre os orbitais ligantes (ligação O-S-O) poucomenor que 120o e os demais ângulos poucos maiores que120o, tendo, pois, hibridação sp² e geometria molecularangular.

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B) Por se tratar de uma molécula polar e sem pontes dehidrogênio, ela apresenta como força dominante dipolo-permanente.

C) Quanto maior o ponto de ebulição da substância,maiores serão as forças intermoleculares, logo:

F.I. (CH4) < F.I. (NH3) < F.I. ( SO2) < F. I. (H2O).

D) O SO2 sólido é mais denso que o SO2 liquido.

E) SO2 (g) + ½ O2 (g) → SO3(g)

SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq)

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Questão 7. (OBQ - 2005) Quais geometrias sãopossíveis para uma molécula do tipo ABn cujo átomocentral apresenta hibridação do tipo sp³?

a) Tetraédrica, piramidal ou em forma de “v” (angular)

b) Tetraédrica, piramidal ou triangular plana

c) Tetraédrica ou triangular plana

d) Tetraédrica ou piramidal

e) Somente tetraédrica

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