Exercicios 1 resolvido

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Lista de Exercícios Nº 1 - Capítulo 2: Estrutura Atômica e Ligações Químicas
1 - Defina número de Avogadro e dê seu valor.
	Em química e física, a constante de Avogadro é definida como sendo o número de partículas constituintes (normalmente átomos ou moléculas) por mol de uma determinada substância, em que o mol é uma das sete unidades básicas do Sistema Internacional de Unidades (SI). Seu valor é igual a 6,02214129 x 1023
2 - Qual a massa em repouso e a carga de um elétron, próton e nêutron? Qual a relação deste valores entre estas partículas?
	Elétron = 9,11 × 10-31kg ; -1,6 × 10-19 C
	Próton = 1,67 x 10−27kg ; 1,6 x 10−19 C
Nêutron = 1,67 x 10−27kg ; nula
Elétron e o próton têm a mesma carga em valor absoluto e sinais opostos, enquanto o nêutron é neutro; o próton e o nêutron têm a mesma massa, enquanto a do elétron é muito menos.
3 - O que é isótopo? E isóbaro?
	Isótopos são átomos de um mesmo elemento (ou seja, possuem o mesmo número de prótons) mas que possuem diferente massa atômica (ou seja, possuem diferentes números de nêutrons). Isóbaros são átomos de diferentes elementos químicos e, portanto, de diferentes números atômicos, que apresentam o mesmo número de massa.
4 - Compare o raio iônico de um mesmo elemento com o raio de seu átomo neutro (faça para um cátion e um ânion). Porque isso ocorre?
	O lítio, por exemplo, tem raio atômico de 0,1519nm, enquanto o seu raio iônico (cátion) é de 0,068nm, isto acontece porque o lítio forma um íon perdendo elétrons diminuindo seu raio. O cloro, por sua vez, é um elemento eletronegativo, seu raio atômico é de 0,0905 nm e o raio iônico é de 0,181nm, pois o cloro forma um íon ganhando um elétron (ânion) o que aumenta seu raio.
5 - O que são os números quânticos de um átomo?
Os números quânticos descrevem as energias dos elétrons nos átomos, o que é de extrema importância quando se deseja especificar a posição e orientação dos elétrons.
Número quântico principal: são os níveis principais de energia para os elétrons, representa uma região do espaço onde há grande probabilidade de encontrar um elétron com tal energia. Varia de 1 a 7, ou de K a Q, dependendo da camada.
Número quântico secundário: representa os subníveis de energia dentro de um nível de energia, também representam uma região de grande probabilidade de se encontrar um elétron. Pode ser s, p, d ou f.
Número quântico magnético: representa a orientação espacial de um orbital atômico. Pode assumir qualquer valor entre -1 e 1, inclusive zero.
Número quântico do spin: especifica as duas condições permitidas para um elétron girar em torno do seu próprio eixo (horário e anti-horário). Pode ser -1/2 ou ½.
6 - Qual é o princípio de exclusão de Linus Pauling?
	O princípio de exclusão de Pauli é um princípio da mecânica quântica que diz que dois elétrons de um mesmo átomo nunca podem ter os mesmo quatro números quânticos; pelo menos o spin deve ser diferentes.
7 - Os elementos 21 a 29, 39 a 47 e 72 a 79 são conhecidos como elementos de transição. Quais são as suas características comuns e apresente a distribuição de elétrons na eletrosfera destes elementos?
	Metais de transição apresentam um subnível d incompleto na camada de valência ou a capacidade de formar cátions com um subnível d incompleto. Os metais de transição apresentam propriedades intermediárias entre os metais e os ametais. Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6.
8 - Escreva a configuração eletrônica (ex. 1s2, ...) para Be, F, Co e Ni. Diga quantos elétrons há no subnível3d destes três últimos elementos e como estão alinhados os spins dos seus elétrons nesse subnível.
	
	Be: 1s2 2s2
F: 1s2 2s2 2p5
Co: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d7
Ni: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8
Cobalto possui 7 elétrons na subcamada d, 2 pares alinhados (spins opostos) e 3 desparelhados (spin varia entre -1/2 e 1/2 dependendo do campo aplicado), e o níquel possui 8 elétrons na subcamada d, 3 pares alinhados e 2 desparelhados.
9 - Caracterize: ligação iônica, ligação covalente e ligação metálica.
	Ligação iônica: a transferência de elétrons entre átomos produzindo íons. Forma-se com átomos de diferentes eletronegatividades. Ligação não direcional. A atração é mútua. A ligação é forte (150~300 kcal/mol), conferindo geralmente alto ponto de fusão.
Ligação covalente: os elétrons são compartilhados de modo que suas camadas externas sejam preenchidas com 8 elétrons. Formam-se entre átomos de alta eletronegatividade. A ligação é direcional e forte (125~300 kcal/mol), porém não tão forte quanto a iônica. Comum em compostos orgânicos e poliméricos.
Ligação metálica: forma-se com átomos de baixa eletronegatividade. Os elétrons de valência são divididos por todos os átomos (condução térmica e elétrica). Não é direcional. Ligação forte (20~200 kcal/mol).
10 - Descreva as ligações conhecidas por forças de van der Waals e ligações de hidrogênio.
	Forças de Van der Waals são interações onde a formação de dipolos devido à estrutura das ligações produz forças atrativas e repulsivas entre átomos e moléculas. A ligação é fraca (<10 kcal/mol) e não direcional. Já as pontes de hidrogênio, que são as ligações secundárias mais fortes, ocorrem quando o hidrogênio de uma molécula se liga a átomos fortemente eletronegativos.
11 - Compare os tipos de ligações em termos de energia de ligação envolvida.
	(Respondido da Questão 9)
12 - É possível a presença de mais de um tipo de ligação entre átomos? Explique e dê exemplos.
	As ligações não são necessariamente só iônicas ou só covalentes, elas podem apresentar caráter iônico e covalente, porém um deles prevalece de acordo com os átomos envolvidos. Quanto maior for a diferença de eletronegatividade entre os átomos, maior é o caráter iônico da reação. Por exemplo, o iodeto de lítio (LiI) possui cerca de 50% de caráter iônico e 50% covalente.
13 - Explique as forças (e energias envolvidas) entre dois átomos em função da distância interatômica (faça gráficos das relações solicitadas).
	A distância entre os átomos é onde tem menos forças, que consiste no mínimo de energia possível, e no máximo das forças de atração. Mais longe que isso, as forças de atração diminuiriam e a ligação se romperia; mais perto que isso, as forças de repulsão começariam a agir e as de atração iriam diminuindo, até que a repulsão seria muito grande.
14 - Explique que propriedades intrínsecas podem ser definidas pelo gráficos da questão anterior.
Módulo de elasticidade: é a inclinação da curva no ponto de equilíbrio no gráfico força versus distância interatômica.
Ponto de fusão e coeficiente de expansão térmica: quanto mais profundo o poço de energia no gráfico energia versus distância interatômica, maior o ponto de fusão. Devido às forças de repulsão aumentarem muito com a proximidade dos átomos, a curva não é simétrica e a maioria dos materiais tendem a se expandir quando aquecidos, quanto mais estreito é o mínimo de potencial, menor o coeficiente expansão térmica.
Calor latente.
Resistência mecânica: quanto maior a inclinação da curva no ponto de equilíbrio, maior o módulo de elasticidade e maior a resistência mecânica.
15 - Porque materiais com elevado ponto de fusão tem elevado módulo de elasticidade e baixa dilatação térmica?
	Materiais com elevado ponto de fusão possuem um poço de energia grande, o que o torna mais simétrico, o que diminui sua expansão térmica. Quanto maior o ponto de fusão, maior o poço de energia, ou seja, a inclinação da curva no ponto de equilíbrio, que é representada pelo módulo de elasticidade, aumenta.
16 - A presença de forças de van der Waals modificam o ponto de ebulição e de fusão de substâncias que se ligam com o F, O, N. Justifique esta afirmativa.
	Forças de Van der Waals são interações causadas devido aos dipolos das ligações. Apesar de ser uma ligação secundária e fraca, afeta o ponto de ebulição das moléculas, especialmente em moléculas mais eletronegativas, como as citadas no enunciado. Quando maior a diferença de eletronegatividade,mais forte serão as interações de Van der Waals, e por isso ligações de hidrogênio (H com F,O,N) fazem tanta diferença.