Lista - Tópico H - Ligação Iônica - Química Geral

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS – UFMG INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS – ICEx Departamento de Química – Setor de Química Inorgânica Tópico H – Ligação Iônica – Química Geral Questão 01. Considere o composto hipotético CaF(s). a) Calcule a sua energia de rede. Suponha a estrutura do NaCl e uma distância internuclear de 2,67 × 10- 10 m. b) Faça o ciclo de Born-Haber para o CaF indicando todas as etapas. c) Calcule a entalpia padrão de formação para o CaF utilizando a resposta do item (a) e os dados termoquímicos contidos no quadro abaixo. Comente sobre o valor obtido. Espécie Química Dado Experimental (kJ mol-1) Ca(g) H0f = + 177,8 Ca+(g) 1a EI = + 589,8 F(g) H0f = + 79,4 F‒(g) AE = − 328,1 Questão 02. Considere o composto hipotético Ca+O−(s). a) Calcule a sua energia de rede. Suponha a estrutura do NaCl e uma distância internuclear de 2,40 × 10- 10 m. b) Faça o ciclo de Born-Haber para o Ca+O− indicando todas as etapas. c) Calcule a entalpia padrão de formação para o Ca+O-, utilizando a resposta do item (a) e os dados termoquímicos contidos no quadro abaixo. Compare o Hof calculado com o valor experimental de − 634,9 kJ mol-1. Parece razoável o valor obtido para a formulação Ca+O−? Espécie Química Dado Experimental (kJ mol-1) Ca(g) H0f = + 177,8 Ca+(g) 1a EI = + 589,8 O(g) H0f = + 249,2 O‒(g) AE = − 141,0 Questão 03. Coloque os compostos seguintes em ordem crescente de energia de rede: RaI2, CsI, LiF e AgI. Justifique a sua resposta. Questão 04. Considerando os seguintes compostos iônicos: MgF2 e BaF2, indique qual deles apresenta maior energia de rede. Questão 05. Construa o Ciclo de Born-Haber para o sólido iônico AlI3, indicando todas as etapas. A partir dos dados contidos no quadro abaixo, determine o valor da energia de rede para esse composto. Espécie Química Dado Experimental (kJ mol-1) Al(g) H0f = + 330,0 Al+(g) 1a EI = + 577,5 Al2+(g) 2a EI = + 1817 Ligação iônica 1. Regra do octeto. 2. Propriedade dos compostos iônicos. 3. Energia de rede e ciclo de Born-Haber. Al3+(g) 3a EI = + 2745 I(g) H0f = + 106,8 I-(g) AE = − 295,0 AlI3(s) H0f = − 313,8 Questão 06. Explique o que é a polarizabilidade. Dê exemplos de dois compostos iônicos que apresentem diferenças quanto ao caráter covalente da ligação. Questão 07. Considere o composto hipotético CsF2(s), em que estaria presente o íon Cs2+. a) Calcule a sua energia de rede. Suponha a estrutura da fluorita e uma distância internuclear de 2,78 × 10-10 m. b) Considerando o valor obtido para a energia de rede do CsF2, é possível explicar porque esse composto não existe? Justifique. c) Calcule, por meio do ciclo de Born-Haber, a entalpia padrão de formação para o CsF2. Para isso considere os dados apresentados no quadro abaixo. d) A julgar pelo valor de H0f (CsF2,s) obtido, esse composto seria estável? Justifique. Espécie Química Dado Experimental (kJ mol-1) Cs(g) H0f = + 76,50 Cs+(g) 1a EI = + 375,7 Cs2+(g) 2a EI = + 2234 F(g) H0f = + 79,40 F‒(g) AE = − 328,1 Questão 08. A figura abaixo mostra parte do ciclo de Born-Haber para a formação do NaCl(s) a partir de seus constituintes. Sabendo que a seta menor indica um consumo de 496 kJ mol-1 de energia e, a seta maior, a liberação de 787 kJ mol-1 de energia, responda: a) A que processo corresponde os valores de energia indicados pelas setas no ciclo? Escreva a equação química correspondente a essas duas transformações, indicando os estados físicos de reagentes e produtos. b) Calcule a entalpia padrão de formação para o NaCl, utilizando os dados termoquímicos apresentados no quadro abaixo. c) Os sólidos iônicos NaCl e KCl formam o mesmo tipo de estrutura cristalina, logo eles tem o mesmo valor para a constante de Madelung. Em qual composto as interações entre os íons são mais fortes? Justifique. Espécie Química Dado Experimental (kJ mol-1) Na(g) H0f = + 107,5 Cl(g) H0f = + 121,3 Cl‒(g) AE = − 348,6 Questão 09. O óxido de magnésio, MgO, é um sólido branco usado, dentre outras coisas, como isolante em cabos industriais, como material básico para cadinhos refratários e como ingrediente principal para materiais de construção. a) Faça o ciclo de Born-Haber para o MgO indicando todas as etapas. b) Utilizando o ciclo de Born-Haber calcule a energia de rede para o MgO. Considere os dados apresentados no quadro abaixo. c) Explique porque o MgO consiste de íons Mg2+ e O2− ao invés de íons Mg+ e O−. Não é necessário realizar cálculos. Espécie Química Dado Experimental (kJ mol-1) Mg(g) H0f = + 147,1 Mg+(g) 1a EI = + 737,7 Mg2+(g) 2a EI = + 1451 O(g) H0f = + 249,2 O‒(g) 1a AE = − 141,0 O2‒(g) 2a AE = + 844,0 MgO(s) H0f = ‒ 601,6 Questão 10. Construa o Ciclo de Born-Haber para o sólido iônico MgBr2, indicando todas as etapas. A partir dos dados contidos no quadro abaixo, determine o valor da energia de rede para esse composto. Nas condições padrão o bromo (Br2) é líquido e o magnésio (Mg) é sólido. Espécie Química Dado Experimental (kJ mol-1) Mg(g) H0f = + 147,1 Mg+(g) 1a EI = + 737,7 Mg2+(g) 2a EI = + 1451 Br(g) H0f = + 111,9 Br‒(g) AE = − 324,5 MgBr2(s) H0f = − 524,3 Questão 11. Considerando os seguintes compostos iônicos: LiF e LiBr, indique qual deles apresenta maior energia de rede. Explique por que a temperatura de fusão do LiBr (550 oC) é muito menor do que a do LiF (845 oC). Questão 12. Escreva a representação de Lewis para os seguintes compostos iônicos. a) fluoreto de potássio (b) sulfeto de alumínio c) óxido de cálcio (d) óxido de sódio Questão 13. Com relação aos compostos iônicos: a) Por que são maus condutores elétricos no estado sólido, mas bons condutores quando em solução, ou quando fundidos? b) Por que não se dissolvem em solventes apolares? c) Por que sua solubilidade diminui à medida em que a energia de rede torna-se mais exotérmica? Questão 14. A avaliação da constante de Madelung para uma rede cristalina é em geral simples por ser baseada apenas na distribuição espacial dos cátions e ânions. A figura a seguir representa esquematicamente a rede cúbica do NaCl. a) Qual é o número de coordenação de cada íon na estrutura? b) Quantos são os primeiros, segundos e terceiros vizinhos mais próximos de cada íon na estrutura? c) Calcule a constante de Madelung para o fragmento isolado [–Cl Na+ Cl –] considerando-o puramente iônico. d) Calcule os três primeiros termos da série infinita geradora da constante de Madelung para a estrutura do NaCl. Questão 15. Considere o sólido iônico fluorita, de fórmula mínima CaF2(s), e o composto hipotético CaF(s). Assuma que CaF(s) adotaria a estrutura do cloreto de sódio, e que a distância internuclear de um par iônico seria a mesma daquela observada para a fluorita. Os raios iônicos do Ca2+ e do F– correspondentes a números de coordenação quatro e oito são 1,14 Å e 1,19 Å, respectivamente. a) Calcule a energia de rede da fluorita e do fluoreto hipotético. b) Construa o ciclo de Born-Harber para cada um dos sólidos. c) Utilizando os dados termoquímicos necessários e sua resposta ao item a), calcule a entalpia molar de formação de cada um dos compostos. d) É possível concluir algo a respeito da estabilidade desses compostos utilizando apenas os valores de suas energias de rede? Justifique sua resposta.