Exercícios Ligação Iônica - Química Geral B UFMG

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Exercícios 
Ligação Iônica 
 
Questão 1 
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 x 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 que forem necessários. Comente sobre o valor 
obtido. 
 
Questão 2 
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 x 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 que forem necessários. Compare o ∆𝐻𝑓
° 
calculado com o valor experimental de 635 kJ mol-1. Parece razoável o valor 
obtido para a formulação Ca+O-? 
 
Questão 3 
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 que forem necessários. 
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. 
 
Questão 4 
Considere o composto hipotético CsF2(s), em que estaria presente o íon Cs
2+. 
a) Calcule a sua energia de rede. Suponha a estrutura da fluorita e uma distância 
internuclear de 2,78 x 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, através do ciclo de Born-Haber, a entalpia padrão de formação para o 
CsF2. 
d) A julgar pelo valor de ∆𝐻𝑓
° (CsF2,s) obtido, esse composto seria estável? 
Justifique. 
 
Questão 5 
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. 
c) Explique porque o MgO consiste de íons Mg2+ e O2- ao invés de íons Mg+ e O-. 
Exercícios Resolvidos 
Ligação Iônica 
 
Questão 1 
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 x 10-10 m. 
Er =
NA Z+Z−e
2
4πεo r
∙ 1 −
1
n
 . 
Er =
6,02×1023 ×1,74756 × +1 × −1 × 1,60×10−19 
2
4π×8,854×10−12 ×2,67×10−10
∙ 1 −
1
8
 
Er =
−2,693×10−14
2,971×10−20
∙ 0,875 
Er = −793,3 kJ mol
−1 
 
b) Faça o ciclo de Born-Haber para o CaF indicando todas as etapas. 
 
1) Hf(Ca,g) ou Hat(Ca,s) 
2) Hf(F,g) ou Hat(F2,g) 
3) Hi(Ca,g) 
4) Hae(F,g) 
5) Hrede 
 
c) Calcule a entalpia padrão de formação para o CaF, utilizando a resposta do item 
(a) e os dados termoquímicos que forem necessários. Comente sobre o valor 
obtido. 
∆Hf
° CaF, s = Hf(Ca,g) + Hf(F,g) + Hi(Ca,g) + Hae(F,g) + Hrede 
∆Hf
° CaF, s = 178,20 + 78,99 + 590,0 − 328,00 − 793,3 
∆Hf
° CaF, s = −274,11 kJ mol−1 
 
Questão 2 
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 x 10-10 m. 
Er =
NA Z+Z−e
2
4πεo r
∙ 1 −
1
n
 . 
𝐸𝑟 =
6,02×1023 ×1,74756 × +1 × −1 × 1,60×10−19 
2
4𝜋×8,854 ×10−12 ×2,40×10−10
∙ 1 −
1
8
 
𝐸𝑟 =
−2,693×10−14
2,670×10−20
∙ 0,875 
𝐸𝑟 = −882,5 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙
−1 
 
b) Faça o ciclo de Born-Haber para o Ca+O- indicando todas as etapas. 
 
6) Hf(Ca,g) ou Hat(Ca,s) 
7) Hf(O,g) ou Hat(O2,g) 
8) Hi(Ca,g) 
9) Hae(O,g) 
1) Hrede 
 
c) Calcule a entalpia padrão de formação para o Ca+O-, utilizando a resposta do 
item (a) e os dados termoquímicos que forem necessários. Compare o ∆𝐻𝑓
° 
calculado com o valor experimental de 635 kJ mol-1. Parece razoável o valor 
obtido para a formulação Ca+O-? 
∆Hf
° Ca+O−, s = Hf(Ca,g) + Hf(O,g) + Hi(Ca,g) + Hae(O,g) + Hrede 
∆Hf
° Ca+O−, s = 178,2 + 249,2 + 590,0 − 141,1 − 882,5 
∆Hf
° Ca+O−, s = −6,2 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙−1 
O valor obtido é muito pouco exotérmico, indicando que o composto Ca+O- não deve 
existir. 
 
Questão 3 
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. 
Seta menor, ionização do sódio: 
Na(g) → Na+(g) + e- 
Seta maior, energia de rede: 
Na+(g) + Cℓ-(g) → NaCl(s) 
 
b) Calcule a entalpia padrão de formação para o NaCl, utilizando os dados 
termoquímicos que forem necessários. 
∆Hf
° NaCl, s = Hf(Na,g) + Hf(Cl,g) + Hi(Na,g) + Hae(Cl,g) + Hrede 
∆Hf
° NaCl, s = 121,7 + 107,1 + 496 + −348,8 + −787,0 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙−1 
∆Hf
° NaCl, s = −411,0 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙−1 
 
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. 
As interações iônicas devem ser mais fortes no NaCℓ, pois o raio iônico do Na+ é 
menor do que o raio iônico do K+. Isso ocorre porque a força que atrai os íons é 
inversamente proporcional à distância entre eles, como se pode ver na fórmula de 
energia de rede: 
𝐸𝑟 =
𝑁𝐴𝑍+𝑍−𝑒
2
4𝜋𝜀𝑜𝑟
∙ 1 −
1
𝑛
 
 
Questão 4 
Considere o composto hipotético CsF2(s), em que estaria presente o íon Cs
2+. 
a) Calcule a sua energia de rede. Suponha a estrutura da fluorita e uma distância 
internuclear de 2,78 x 10-10 m. 
Assim como na primeira questão desta lista, basta aplicar a fórmula de energia de 
rede. 
𝐸𝑟 =
6,02×1023 ×2,51939 × +2 × −1 × 1,60×10−19 
2
4𝜋×8,854 ×10−12 ×2,78×10−10
∙ 1 −
1
12
 
𝐸𝑟 =
−7,765 ×10−14
3,093×10−20
∙ 0,917 
𝐸𝑟 = −2302,1 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙
−1 
 
b) Considerando o valor obtido para a energia de rede do CsF2, é possível explicar 
porque esse composto não existe? Justifique. 
Não. Analisando apenas a energia de rede desse composto, observa-se um valor muito 
negativo, o que mostra apenas uma grande atração eletrostática. Para dizer qualquer 
coisa a respeito da possibilidade desse composto existir é necessário calcular seu ∆𝐻𝑓 . 
 
c) Calcule, através do ciclo de Born-Haber, a entalpia padrão de formação para o 
CsF2. 
 
1) Hf(Cs,g) ou Hat(Cs,s) 
2) Hf(F,g) ou Hat(F2,g) 
3) Hi(Cs,g) 
4) Hi(Cs
+,g) 
5) Hae(F,g) 
6) Hrede 
∆Hf
° CsF2 , s = Hf(Cs,g) + 2Hf(F,g) + Hi(Cs,g) + Hi(Cs
+,g) + 2Hae(F,g) + Hrede 
∆Hf
° CsF2 , s = 76,1 + 2(79,0) + 376,0 + 2420,0 − 2(328,0) − 2302,1 
∆Hf
° CsF2 , s = 72 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙
−1 
 
d) A julgar pelovalor de ∆𝐻𝑓
° (CsF2,s) obtido, esse composto seria estável? 
Justifique. 
Não. O valor obtido é positivo, indicando que o composto não deve existir. 
 
Questão 5 
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. 
Etapas do ciclo: 
1) Hf(Mg,g) ou Hat(Mg,s) 
2) Hf(O,g) ou Hat(O2,g) 
3) Hi(Mg,g) 
4) Hi(Mg
+,g) 
5) Hae(O,g) 
6) Hae(O
-,g) 
7) Hrede 
 
b) Utilizando o ciclo de Born-Haber calcule a energia de rede para o MgO. 
Hf(MgO,s) = Hf(Mg,g) + Hf(O,g) + Hi(Mg,g) + Hi(Mg
+,g) + Hae(O,g) + Hae(O
-,g) + 
Hrede 
-601,2 = 147,7 + 249,2 + 738 + 1451 – 141,1 + 798 + Hrede 
Hrede = -3844 kJ mol
-1 
 
c) Explique porque o MgO consiste de íons Mg2+ e O2- ao invés de íons Mg+ e O-. 
Para adquirir a configuração do gás nobre, o magnésio tende a perder dois elétrons, 
enquanto o oxigênio tende a ganhar dois elétrons.