EsPCEX 2016 Química Ligações Químicas Teoria do Octeto: Os átomos se tornam estáveis quando adquirem a estrutura eletrônica do gás nobre mais próximo na tabela periódica. Ligação metálica: ocorre entre os metais, isto é, átomos de baixa eletronegatividade. Um sólido metálico seria formado por núcleos dos átomos imersos numa nuvem de elétrons da última camada dos átomos (elétrons mais fracamente atraídos para núcleo). A nuvem eletrônica pertence a todo agregado atômico. Como os metais são formados por átomos de um mesmo tipo, a fórmula de uma substância metálica é o próprio símbolo do elemento metálico. Para tal, os átomos podem ganhar, perder ou compartilhar elétrons. Ligação Iônica ou Eletrovalente Ligação entre metais e ametais, pois, estes apresentam grande diferença de eletronegatividade. O metal cede elétron e os ametais recebem elétrons. Ex: Na (1A: 1 elétron na última camada ). Ao ceder 1 elétron, a penúltima camada passa a ser a última, com 8 elétrons, tornando-se um íon positivo (cátion), Na+ (11 prótons e 10 elétrons). Os elétrons semi-livres justifica as propriedades dos metais: bons condutores de eletricidade e calor, portadores de um brilho característico, etc. Cl (7A: 7 elétrons na última camada). Ao receber 1 elétron passa a ter 8 elétrons na última camada, tornando-se um íon negativo (ânion), Cl(17 prótons e 18 elétrons). Polaridade das Ligações As ligações são consideradas apolares quando os átomos que se ligam possuem a mesma eletronegatividade, ou seja não existe diferença de eletronegatividade e são polares quando os átomos apresentam diferentes eletronegatividade. Como os íons Na+ e Cl- têm cargas elétricas opostas eles se atraem formando a substância neutra NaCl (cloreto de sódio), sendo este um composto iônico pois foi formado por ligação iônica. O átomo mais eletronegativo atrai mais intensamente o par de elétrons da ligação e adquire carga parcial negativa. O átomo menos eletronegativo, por ter os elétrons da ligação afastados de seu núcleo, se torna parcialmente positivo. Previsão das fórmulas de substância iônicas: Metais Ametais Grupo Carga Grupo Carga 1A +1 5A -3 2A +2 6A -2 3A +3 7A -1 Obs: Os átomos dos elementos da família 4 A podem tanto receber elétrons ou ceder elétrons. Geometria Molecular Para determinar a geometria das moléculas, devemos considerar a disposição espacial dos núcleos dos átomos que constituem essas moléculas e que irão originar diferentes formas geométricas. Ligação Covalente Ocorre entre átomos que apresentam alta eletronegatividade (ametal + ametal). Não há transferência de elétrons, e sim um compartilhamento de pares de elétrons. As substâncias formadas por ligações covalentes são chamadas de moleculares. Os pares eletrônicos ao redor de um átomo central, participando ou não da ligação, se comportam como nuvens eletrônicas que se repelem, ficando orientadas no espaço com a maior distância angular possível. Ex: Cl (cloro, com sete elétrons no último nível) faz ligação covalente com outro átomo de flúor: Molécula com dois átomos: LINEAR: única forma possível. Ex: HCl, HBr, O2, N2. Molécula com três átomos: LINEAR: se o átomo central não possuir par de elétrons livres. Ângulo: 120º. Ligação covalente dativa: Ocorre quando o par de elétrons compartilhamento é 3proveniente de um único átomo. Essa ligação só ocorre após esgotar todas as possibilidades de ocorrer ligação covalente comum. Ex: CO2, N2O. O=C=O -1- O N =O Profª Fátima Serrado EsPCEX 2016 Química Uma ligação simples é sempre sigma, uma dupla ligação é formada por uma ligação sigma e uma pi e uma tripla ligação por uma sigma e duas pi. ANGULAR: se o átomo central possuir par de elétrons livres. Ex: a) H2O H b) SO2 H Molécula apolar: Seu momento dipolar é zero. O Ãngulo: 104º30' Polaridade das Moléculas S=O O LINEAR: somente as diatômicas formadas por átomos iguais. Ex: H2, Cl2, N2. Ângulo: 90º LINEAR, TRIGONAL E TETRAÉDRICA: quando os átomos ligados ao átomo central forem iguais entre si. Ex: BeH2, BH3, CH4, Moléculas com quatro átomos: Molécula polar: Seu momento dipolar é diferente de zero. TRIGONAL PLANA: se o átomo central não possuir par de elétrons livres. Ex: a) SO3 b) BF3 O II S O Ex.: As demais. F I B O F Forças Intermoleculares Forças de Van der Waals ou Dipolo Momentâneo ou Dipolo Instantâneo – São forças fracas e ocorrem entre moléculas apolares. Ocorre um dipolo momentâneo entre as moléculas. Ex: H2, CH4, BH3, CO2, BeCl2. F Forças de Dipolo Permanente ou Dipolo-dipolo Ocorre entre as moléculas polares onde extremidade negativa de um dipolo atrai extremidade positiva do outro. Quanto maior polaridade e o tamanho das moléculas, maior será força de atração entre elas. Ex: H2S, HCl, HBr. PIRAMIDAL: se o átomo central possuir par de elétrons livres. Ex: NH3 .. N H H Pontes de Hidrogênio - Ocorrem quando a molécula possui hidrogênio ligado a um elemento muito eletronegativo: flúor (F), Oxigênio (O) ou nitrogênio (N). H Molécula com cinco átomos: Obs: quanto maior o ponto de ebulição, maior é a força de atração entre as moléculas. Essa força é caracterizada de moléculas polares contendo átomos de hidrogênio ligados a átomos muito eletronegativos da outra. Ex: NH3, H2O, HF. TETRAÉDRICA: se o átomo central fizer ligação com 4 átomos. Ex: CH4, CH3Cl H C H a a a a Propriedades das Substâncias H H Ângulo: 109º28' Ponto de fusão e de ebulição - quanto maior a força elétrica que mantém os átomos, moléculas ou íons unidos, maiores são seus pontos de fusão e de ebulição. As substâncias iônicas são as que têm maiores pontos de fusão e de ebulição, pois as forças de atração entre os íons são fortes. Nas moléculas polares são baixos, e nas apolares são extremamente baixos. OBS: As ligações covalentes podem se apolares (quando os átomos têm a mesma eletronegatividade) ou polares (quando os átomos apresentam eletronegatividade diferentes) Ligação sigma (): Ocorre através de superposição de orbitais através de um mesmo eixo. Solubilidade Ligação pi (): Ocorre através de superposição de orbitais através de planos paralelos.. Para haver uma solução é necessário que: -2- Profª Fátima Serrado EsPCEX 2016 Química III - termina em s2 (é um metal alcalino terroso) IV – tem 7 elétrons no último nível (é um halogênio) As interações elétricas entre as partículas de soluto-soluto, solvente-solvente e solutosolvente sejam rompidas; OBS: "Semelhante dissolve semelhante": Substância polar dissolve substância polar. Substância apolar dissolve substância apolar. [A] Falsa. O átomo IV tem 7 elétrons na última camada, necessitando, apenas de um elétron apenas para chegar à estabilidade (regra do octeto), logo, ele libera energia para se estabilizar. [B] Falsa. A energia de ionização aumenta da esquerda para a direita e de baixo para cima na tabela periódica, portanto, o átomo I (gás nobre) tem maior alta energia de ionização. [C] Falsa; tanto o átomo II, quanto o III, estão no mesmo período (têm 3 níveis de energia), porém, o átomo II é um metal alcalino e o III é um alcalino terroso, logo, o II tem maior raio atômico, pois o raio atômico varia da direita para a esquerda na tabela periódica. [D] Falsa; o átomo II quando passa a ser um cátion monovalente perde um elétron, ficando com a configuração eletrônica do gás nobre anterior à ele (sendo isoeletrônicos), não sendo isoeletrônico do átomo III, que tem 3 elétrons a mais que o cátion monovalente do átomo II. [E] Correta. A ligação iônica ocorre entre um metal (II – metal alcalino) e um ametal (IV – halogênio). Condutividade elétrica A corrente elétrica resulta do movimento ordenado de cargas elétricas (íons ou elétrons). Conduzem a eletricidade: Metais, por possuírem nuvem eletrônica; Substâncias iônicas, quando fundidas ou em soluções aquosas, pois seus íons estão em movimento; Obs: Os compostos moleculares não conduzem a eletricidade nem no estado sólido nem no estado líquido, pois suas moléculas não apresentam cargas elétricas livres. Exercícios 1. [EsPCEx-2011] A seguir são apresentadas as configurações eletrônicas, segundo o diagrama de Linus Pauling nos seus estados fundamentais, dos átomos representados, respectivamente, pelos algarismos I, II, III e IV. I. 1s2 2s2 2p6 II. 1s2 2s2 2p6 3s1 III. 1s2 2s2 2p6 3s2 IV. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 Com base nessas informações, a alternativa correta é: [A] O ganho de um elétron pelo átomo IV ocorre com absorção de energia. [B] Dentre os átomos apresentados, o átomo I apresenta a menor energia de ionização. [C] O átomo III tem maior raio atômico que o átomo II. [D] O cátion monovalente oriundo do átomo II é isoeletrônico em relação ao átomo III. [E] A ligação química entre o átomo II e o átomo IV é iônica. Compostos Iônicos e Moleculares 2. [EsPCEx-2015] Compostos iônicos são aqueles que apresentam ligação iônica. A ligação iônica é a ligação entre íons positivos e negativos, unidos por forças de atração eletrostática. (Texto adaptado de: Usberco, João e Salvador, Edgard, Química: química geral, vol 1, pág 225, Saraiva, 2009) Sobre as propriedades e características de compostos iônicos são feitas as seguintes afirmativas: I. apresentam brilho metálico. II. apresentam elevadas temperaturas de fusão e ebulição. III. apresentam boa condutibilidade elétrica quando em solução aquosa. IV. são sólidos nas condições ambiente (25 °C e 1atm). V. são pouco solúveis em solventes polares como a água. Resp.: opção [E] Questão sobre Propriedades Periódicas e Ligação Química. I - tem 8 elétrons no último nível (é um gás nobre) II – termina em s1 (é um metal alcalino) -3- Profª Fátima Serrado EsPCEX 2016 Química Das afirmativas corretas apenas apresentadas estão [C] Correta. Embora se use o termo “íons formados”, quando já existem e, apenas separam-se em solução. [D] Falsa. A solução de sacarose não é eletrolítica. [E] Falsa. O ácido carbônico (H2CO3) é um ácido instável e fraco. [A] II, IV e V. [B] II, III e IV. [C] I, III e V. [D] I, IV e V. [E] I, II e III. Geometria Molecular Resp.: opção [B] 4. [EsPCEx-2015] O carvão e os derivados do 3. [EsPCEx-2011] A tabela abaixo apresenta petróleo são utilizados como combustíveis para gerar energia para maquinários industriais. A queima destes combustíveis libera grande quantidade de gás carbônico como produto. Em relação ao gás carbônico, são feitas as seguintes afirmativas alguns dos produtos químicos existentes em uma residência. I. é um composto covalente de geometria molecular linear. II. apresenta geometria molecular angular e ligações triplas, por possuir um átomo de oxigênio ligado a um carbono. III. é um composto apolar. Assinale a alternativa correta. [A] O cloreto de sódio é um composto iônico que apresenta alta solubilidade em água e, no estado sólido, apresenta boa condutividade elétrica. [B] A solução aquosa de sacarose é uma substância molecular que conduz muito bem a corrente elétrica devido à formação de ligações de hidrogênio entre as moléculas de sacarose e a água. [C] O hidróxido de sódio e o cloreto de sódio são compostos iônicos que, quando dissolvidos em água, sofrem dissociação, em que os íons formados são responsáveis pelo transporte de cargas. [D] Soluções aquosas de sacarose e de cloreto de sódio apresentam condutividade elétrica maior que aquela apresentada pela água destilada (pura), pois existe a formação de soluções eletrolíticas, em ambas as soluções. [E] O ácido carbônico é um diácido, muito estável, sendo considerado como ácido forte, não conduz corrente elétrica. Das afirmativas apresentadas está(ão) correta(a [A] apenas [B] apenas [C] apenas [D] apenas [E] todas. II. I e II. I e III. II e III. Resp.: opção [C] CO2 é formado apenas por ametais, logo é um composto molécula (formado somente por ligações covalentes). O Carbono pertence ao grupo 4A ou 4, possuindo 4 elétrons no último nível (precisa de 4 ligações). O Oxigênio pertence ao grupo 6A pou 6, com 6 elétrons de último nível (precisa de 2 ligações covalentes ou de 2 elétrons). Como todos os elétrons do último nível do átomo central (C) foram utilizados nas ligações, as ligações duplas formadas com oxigênio tendem a se afastar (repulsão de elétrons), ficando 180º uma da outra. Assim, a molécula fica na forma LINEAR. É uma molécula APOLAR, pois, além de ter simetria, possui ligantes iguais, com mesma força de dipolo, tendo resultante igual a zero. Resp.: opção [C] [A] Falsa. No estado sólido o cloreto de sódio não tem boa condutividade. [B] Falsa. A solução de sacarose, sendo molecular, não conduz corrente elétrica, pois não possui íons. -4- Profª Fátima Serrado EsPCEX 2016 Química 5. [EsPCEx-2014] As substâncias ozônio (O3); II. As moléculas de HCl, HBr e HI são unidas por forças do tipo pontes ou ligações de hidrogênio. III. Das substâncias em questão, o HI apresenta a maior temperatura de ebulição, tendo em vista possuir a maior massa molar. dióxido de carbono (CO2); dióxido de enxofre (SO2); água (H2O) e cianeto de hidrogênio (HCN) são exemplos que representam moléculas triatômicas. Dentre elas, as que apresentam geometria molecular linear são, apenas, Dados: 1H; 6C; 8O; 16S; 7N Das afirmações correta(s) apenas: [A] cianeto de hidrogênio e dióxido de carbono. [B] água e cianeto de hidrogênio. [C] ozônio e água. [D] dióxido de enxofre e dióxido de carbono. [E] ozônio e dióxido de enxofre. [A] [B] [C] [D] [E] O O O angular C O O linear H O H está(ão) I. II. III. I e III. II e III. Resp.: opção [A] Resp.: opção [A] O feitas, H angular S I. Verdadeira. O HF tem maior temperatura de ebulição, pois possui ligações de hidrogênio. Os demais seguem a ordem pela massa do halogênio. II. Falsa. Somente o HF possui pontes de hidrogênio. III. Falsa. Como já vimos no item I, quem possui maior temperatura de ebulição é o HF. O angular C N linear 6. [EsPCEx-2011] São dadas as Tabelas abaixo. Exercícios diversos 1) (UnB) O carbono, nome dado por Lavoisier em 1789, é de fundamental importância na constituição dos compostos orgânicos. Existem pelo menos 7 (sete) formas alotrópicas: grafite (alfa e beta), diamante, lonsdaleíta (diamante hexagonal), caoíta, carbono (VI) e os fulerenos. Consultando a tabela periódica, julgue os itens, com relação ao carbono. (1) (2) A Tabela I apresenta a correspondência entre as substâncias representadas pelas letras x, m, r e z e suas respectivas temperaturas de ebulição. A Tabela II mostra os elementos químicos (H, F, Cl, Br e I) e suas respectivas massas atômicas. (3) (4) (5) Com base nas Tabelas acima, são feitas as seguintes afirmações: I. As substâncias correspondentes a x, m, r e z são, respectivamente, HF, HI, HBr e HCl. O carbono no comporto metano (CH4), com 4 (quatro) elétrons na camada de valência, possui estrutura trigonal plana. O clorofórmio, CHCl3, substância polar, é totalmente solúvel em benzeno, C6H6, substância apolar. O carbono, elemento presente em todos os seres vivos, origina um ramo importante da química, a Química orgânica. O carbono 12 (12C) possui 12 (doze) prótons no seu núcleo. O carbono combina-se com elementos da família 7A, formando compostos de fórmula CX4 (onde X representa halogênio). EECEC 2) (Unesp-SP) Dois elementos, X e Y estão bem separados na fila de reatividade química. Se X -5- Profª Fátima Serrado EsPCEX 2016 Química tem 1 elétrons na última camada e Y tem 6 elétrons, o composto formado será: a) molecular e de fórmula XY2; b) molecular e de fórmula X2Y; c) iônico e de fórmula X2Y; d) iônico e de fórmula XY2; e) iônico e de fórmula X6Y. (c) 3) (UM-SP) A fórmula do composto formado por átomos de um elemento químico X, de número atômico 12, e átomos de um elemento químico Y, de número atômico 17, será: a) XY2; d) X2Y3; b) XY; e) X3Y2. c) X2Y; (a) O mais provável é que X seja: a) um composto iônico que se dissocia em água; b) um composto molecular polar que se ioniza em água; c) um metal que reage com a água; d) uma substância apolar que se dissocia em água; e) um composto molecular polar que se dissocia em água. (a) 9) (USF- SP) Um átomo X da família IIA e outro átomo Y da família VIIA formarão um composto: a) b) c) d) 4) (OSEC-SP) Num composto, sendo X o cátion, Y o ânion e X2Y3, a fórmula, os átomos X e Y, no estado normal, os prováveis números de elétrons na última camada são, respectivamente: a) 2 e 3; d) 3 e 6; c) 2 e 5; b) 3 e 2; e) 5 e 6. (d) 1 01. elevado ponto de ebulição. 02. Geralmente são sólidos. 03. São geralmente solúveis em água; apresentam estrutura cristalina e altos pontos de fusão. 04. Boa condutividade elétrica; solubilidade em água; são geralmente líquidos. 05. São todos solúveis em solventes polares. 06. Apresentam brilho metálico. 07. São geralmente solúveis em solventes apolares. (1, 2, 3 e 5) 11) (Odonto. Diamantina-MG) Considere as fórmulas e ângulos de ligações dados a seguir: 8 2 X M Y 5 G U J Q 6 D L 7 W R Z T Baseado na posição dos elementos mencionados na tabela periódica anterior, a fórmula falsa é: a) X2L; b) YW2; c) M2J3; d) QW3; e) GR4. (Fuvest-SP) Escolha, entre as fórmulas dadas a seguir, aquela que representa a substância de maior caráter iônico: a) HF; c) ICl; b) CsCl d) Na2. (b) 7) (UFCE) Selecione as alternativas onde não há exata correspondência entre a molécula e sua forma geométrica: a) N2 - Linear. d) CCl4 - tetraédrica b) CO2 - Linear. e) BF3 - pirâmide trigonal c) H2O - Angular; (e) 8) Fórmula Ângulo H2O NH3 CH4 BeH2 105º 107º 109º28' 180º As formas geométricas dessa moléculas são, respectivamente: (c) 6) (c) 10) Os compostos iônicos apresentam as seguintes propriedades: 5) (ITA-SP) Esta questão refere-se à classificação periódica dos elementos, esquematizados a seguir. Os símbolos dos elementos foram substituídos por letras arbitrariamente escolhidas. A letra T representa o símbolo de um gás nobre. V iônico de fórmula X2Y. molecular de fórmula XY2. Iônico de fórmula XY2. molecular de fórmula X2Y. a) b) c) d) e) tetraédrica, tetraédrica, tetraédrica, angular. Angular, piramidal, tetraédrica, angular. Angular, piramidal, tetraédrica, linear. Angular, angular, piramidal, trigonal. Trigonal, trigonal, piramidal, angular. (c) 12) A respeito de polaridade em moléculas e suas formas geométricas, julgue os itens. (1) Tanto o enxofre (Z=16) quanto o berílio (Z=4) formam compostos lineares. (2) O carbono (Z=6), por realizar 4 ligações, pode aparecer em compostos diferentes com formas geométricas diferentes, dependendo do tipo de ligação realizada pelo mesmo. (3) Embora a ligação entre o nitrogênio e o hidrogênio seja polar, o composto NH3 é apolar. (4) O carbono pode formar compostos apolares, o CCl4 e o CO2, embora tenham geometria diferentes também. (PUC-SP) Considere uma substância X: I. Em condições ambientais é sólida; II. Dissolve-se em água; III. Possui alto ponto de fusão; IV. No estado sólido não conduz eletricidade; V. Conduz eletricidade em solução aquosa ou quando fundida. -6- Profª Fátima Serrado EsPCEX 2016 Química ECEE V. CH4 VI. XeF4 VII. IF5 VIII. PCl5 13) Julgue os itens. (1) A água seria gás, à temperatura ambiente, se suas moléculas fossem lineares (H – O – H). (2) A molécula de CF4 é apolar, embora as ligações C–F sejam polares. (3) A união entre os átomos de um metal se dá por meio do compartilhamento de pares de elétrons. (4) As espécies NH4+ e NH3 têm a mesma geometria. (5) O CH4 é menos solúvel em CCl4 do que em CHCl3. (6) No estado líquido, há fortes interações entre as moléculas de ácido acético (CH3COOH). CCEEEC 14) A geometria de uma molécula interfere em uma série de propriedades e características dos materiais. A esse respeito, julgue os itens. ( ( ( ( ) ) ) ) quadrado planar pirâmide trigonal bipirâmide trigonal pirâmide de base quadrada b) Distribua as espécies químicas acima em dois grupos Grupo A – moléculas apolares Grupo B – moléculas polares Resp: a) I. angular b) II. linear H S H O=C=O O c) III. trigonal ou trigonal plana S H d) IV. piramidal ou pirâmide trigonal H H (1) Dependendo da geometria de uma molécula, ela pode ser muito solúvel ou não, em um dado solvente. (2) A geometria de uma molécula pode determinar se um material, por ela constituída, pode ser utilizado em altas temperaturas sem sofrer transformações de estado físico. (3) A água possui uma geometria angular, porém, se os seus átomos estivessem distribuídos de forma linear, a água não poderia ser utilizada nos radiadores dos automóveis. (4) A amônia é um eletrólito forte (bom condutor de corrente elétrica). Isso não ocorreria se a sua geometria molecular fosse trigonal plana. CCCC Questões de Olimpíadas de Química H N H H e) V. tetraédrica C H H H f) VI. quadrado planar g) VII. pirâmide de base quadrada h) VIII. bipirâmide trigonal 3. (OBQ-2008) Através de técnicas criogênicas podem ser alcançadas temperaturas muito baixas, tornando possível condensar o hidrogênio gasoso (em torno de -253oC), obtendo assim hidrogênio líquido. Desta forma, uma maior quantidade de hidrogênio pode ser armazenada e transportada. Quando o hidrogênio retorna do estado líquido para o estado gasoso ocorre o rompimento de: 1. Quais geometrias são possíveis para uma molécula do tipo ABn cujo átomo central apresenta hibridação do tipo sp3? a) b) c) d) e) 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 Interações de Van der Waals Ligações covalentes Ligações de hidrogênio Pontes de hidrogênio As opções (c) e (d) estão corretas. (e) 4. As geometrias das moléculas BCl3 e PCl5 são, respectivamente: a) piramidal e pentaédrica b) triangular plana e pentaédrica c) piramidal e bipirâmide de base triangular d) piramidal e bipirâmide de base quadrada e) triangular plana e bipirâmide de base triangular (e) Resp: (e) A hibridação sp3, o átomo central tem 4 ligantes, então, sua estrutura será tetraédrica somente. 2. A geometria molecular de uma espécie química pode ser prevista a partir do modelo da repulsão dos pares eletrônicos da camada de valência. a) Associe cada espécie química à respectiva geometria. I. SO2 ( ) linear II. CO2 ( ) angular III. SO3 ( ) tetraédrica IV. NH3 ( ) trigonal planar -7- Profª Fátima Serrado