1-Lista de Exercícios Atomos e Ligações

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Exercícios Estrutura atômica e Ligações 
 
 
1)   (a) O que é um isótopo?  
(b)  Por  que  os  pesos  atômicos  dos  elementos  não  são  números  inteiros?  Cite  dois 
motivos.  
 
2) Diga qual a diferença que existe entre massa atômica e peso atômico.  
 
3)    (a) Quantos gramas existem em 1 uma de um material?  
(b) Mol, no contexto deste livro, é considerado em ter mos de unidades de grama‐mol. 
Nesta base, quantos átomos existem em uma libra‐mol de uma substância?  
 
4)    (a)  Cite  dois  importantes  conceitos  quântico‐mecânicos  associados  com  o  modelo 
atômico de Bohr.  
(b) Cite dois  importantes refinamentos adicionais que resultaram do modelo atômico 
mecânico‐ondulatório.  
 
5)  Em  relação  aos  elétrons  e  aos  estados  eletrônicos,  o  que  cada  um  dos  quatro  números 
quânticos especifica?  
 
6) Os valores permitidos para os números quânticos dos elétrons são os seguintes:  
n = 1, 2 ,3 ,. ..   
l = 0, 1, 2, 3, (n – 1) 
ml, = 0, ±1, ±2, ±3 (±l)  
ms= ± 1/2  
 
As relações entre n e as designações da camada estão observadas na Tabela 2.1. Em relação às 
subcamadas,  
l = 0 corresponde a uma subcamada s  
l = 1 corresponde a uma subcamada p  
l = 2 corresponde a uma subcamada d  
l = 3 corresponde a uma subcamada f  
Para a camada K, os quatro números quânticos para cada um dos dois elétrons no orbital  ls, 
em ordem de nlmlms, são 1.0.0.(1/2) e 1.0.0.(‐1/2). Escreva os quatro números quânticos para 
todos  os  elétrons  nas  camadas  L  e  M,  e  chame  a  atenção  para  quais  correspondem  às 
subcamadas s, p e d.  
 
7) Forneça as configurações eletrônicas para os seguintes íons: Fe2+, Fe3+, Cu+, Ba2+, Br‐ e S2‐. 
  
8)  O  brometo  de  césio  (CsBr)  exibe  ligação  predominantemente  iônica.  Os  íons  Cs+  e  Br‐ 
possuem estruturas eletrônicas que são idênticas a quais gases inertes?  
 
9) Em  relação à configuração eletrônica, o que  todos os elementos no Grupo VIIA da  tabela 
periódica têm em comum?  
 
10)  Sem  consultar  a  Fig.  2.6  ou  a  Tabela  2.2,  determine  se  cada  uma  das  configurações 
eletrônicas dadas abaixo pertence a um gás inerte, a um halogênio, a um metal alcalino, a um 
metal alcalino‐terroso ou a um metal de transição. Justifique as suas escolhas.  
(a) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2.  
(b) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6.  
(c) 1s2 2s2 2p5  
(d) 1s2 2s2 2p6 3s2.  
(e) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2.  
(f)  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1. 
    
11)  (a)  Qual  subcamada  eletrônica  está  sendo  preenchida  nos  elementos  da  série  das 
terras raras na tabela periódica? 
(b) Qual subcamada eletrônica está sendo preenchida na série dos actinídeos?  
 
12)  Calcule  a  força  de  atração  entre  um  íon  K+  e  um  íon  O2‐  cujos  centros  encontram‐se 
separados por uma distância de 1,5 nm.  
 
13) A energia potencial líquida entre dois íons adjacentes, EL, pode ser representada pela soma 
das Eq. 2.8 e 2.9, isto é,  
 
 
 
Calcule  a  energia  de  ligação  E0  em  termos  dos  parâmetros  A,  B  e  n  usando  o  seguinte 
procedimento:  
1. Obtenha a derivada de EL em relação a r, e então iguale a expressão resultante a zero, uma 
vez que a curva de EL em função de r apresenta um mínimo em E0. 
2.  Resolva  esta  equação  para  r  em  termos  de  A,  B  e  n,  o  que  fornece  r0,  o  espaçamento 
interiônico em condições de equilíbrio.  
3. Determine a expressão para EA pela substituição de r0 na Eq. 2.11.  
 
14)  Para  um  par  iônico  K+  ‐  Cl‐,  as  energias  atrativa  e  repulsiva  EA  e  ER,  respectivamente, 
dependem da distância entre os íons r, de acordo com as expressões  
 1,436 
 
  
 
 
Para  essas  expressões,  as  energias  estão  expressas  em  elétrons  volts  por  par  K+  ‐  Cl‐,  e  r 
representa a distância entre os  íons em nanômetros. A energia  líquida EL é  simplesmente a 
soma das duas expressões acima.  
 
(a) Superponha em um único gráfico EL, ER e EA em função de r, até uma distância de 1,0 nm.  
(b) Com base neste gráfico, determine (i) o espaçamento r0 entre os íons K
+ e Cl‐ em condições 
de equilíbrio, e (ii) a magnitude da energia de ligação E0 entre os dois íons.  
(c) Determine matematicamente os valores de r0 e E0 usando as soluções para o Problema 2.13 
e compare esses resultados com os resultados gráficos obtidos para a parte b.  
 
15)  Considere  algum  par  iônico  hipotético  X+  ‐  Y‐  para  o  qual  os  valores  do  espaçamento 
interiônico e da energia de  ligação em condições de equilíbrio sejam de 0,35 nm e  ‐6,13 eV, 
respectivamente. Se for de conhecimento que n na Eq. 2.11 possui um valor de 10, usando os 
resultados  para  o  Problema  2.13  determine  explicitamente  expressões  para  as  energias 
atrativa e repulsiva EA e ER, respectivamente, das Eq. 2.8 e 2.9. 
 
16) A energia potencial líquida EL entre dois íons adjacentes é algumas vezes representada pela 
expressão onde r representa a separação  interiônica e C, D e p são constantes, cujos valores 
dependem do material específico. 
 
(2.12) 
 
(a) Desenvolva uma expressão para a energia de ligação E0 em termos da separação interiônica 
em condições de equilíbrio r0 e das constantes D e p, utilizando o seguinte procedimento:  
1. Obtenha a derivada de EL em relação à r, e então iguale à expressão resultante a zero.  
2. Resolva essa expressão para C em termos de D, p e r0.  
3. Determine a expressão para E0 por substituição de C na Eq. 2.12.  
 
(b) Desenvolva uma outra expressão para E0, desta vez em termos de r0, C e p, utilizando um 
procedimento análogo ao descrito para a parte a. 
 
17)  (a)  Cite  sucintamente  as  principais  diferenças  entre  as  ligações  iônica,  covalente  e 
metálica.  
(b) Diga o que é o princípio da exclusão de Pauli.  
 
18) Dê uma explicação para a  razão pela qual os materiais  ligados  covalentemente  são, em 
geral, menos densos do que aqueles ligados por meio de ligação iônica ou metálica.  
 
19)  Calcule  os  percentuais  de  caráter  iônico  das  ligações  interatômicas    nos    seguintes  
compostos:  TiO2,  ZnTe, CsCl, InSb e MgCl2. 
 
20) Faça um gráfico da energia de ligação em função da temperatura de fusão para os metais 
listados na Tabela 2.3. Usando esse gráfico, obtenha uma estimativa aproxima da energia de 
ligação do cobre, que possui uma temperatura de fusão de 1084°C.  
 
21) Usando a configurações eletrônicas, determine o número de  ligações covalentes que são 
possíveis para os átomos dos seguintes elementos: germânio, fósforo, selênio e cloro.  
 
22) Qual(is) tipo(s) de ligação seria(m) esperada(s) para cada um dos seguintes materiais: latão 
(uma  liga de cobre e zinco), borracha, sulfeto de bário (BaS), xenônio sólido, bronze, náilon e 
fosfeto de alumínio (AlP)?  
 
23) Explique por que o fluoreto de hidrogênio (HF) possui uma temperatura de ebulição mais 
elevada do que o cloreto de hidrogênio (HCl) (19,4 contra ‐ 85°C), apesar de o HF ter um peso 
molecular inferior.  
 
24) Com base na  ligação de hidrogênio, explique o comportamento anormal da água quando 
ela se congela. Isto é, por que existe uma expansão do volume quando ela se solidifica?