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Disciplina: Química Professora Isadora M. S. Santos Aula 6 - Salas 1 e 2: dia 29/04/2019 Salas 3 e 4: dia 30/04/2019 Assunto: Geometria Molecular, Polaridade de Ligações, Polaridade de Moléculas, Forças Intermoleculares e Pontos de Fusão e Ebulição das Substâncias Moleculares. • Geometria Molecular A Teoria da Repulsão dos Pares Eletrônicos da Camada de Valência permite prever a geometria de moléculas e íons poliatômicos. Nestas espécies, um átomo central está rodeado por dois, três, quatro ou mais pares de elétrons. Estes pares eletrônicos existentes ao redor do átomo central “orientam” a geometria da molécula, prevendo ângulos entre as ligações e determinando a posição de outros átomos em relação ao átomo central. TEORIA: Os pares eletrônicos que envolvem um átomo central, por repulsão, se afastam ao máximo uns dos outros. Assim, - Os pares eletrônicos existentes ao redor do átomo central “orientam” a geometria da molécula; - Quem “determina” a geometria da molécula é a posição dos núcleos dos átomos que constituem a molécula. • Determinação da Geometria Molecular Montar a fórmula eletrônica da substância contando os pares de elétrons ao redor do núcleo central, considerando: 1. Ligações −, =, ≡ e →, como um único par de elétron; 2. Os pares de elétrons ao redor do átomo central que não participam das ligações. Os pares eletrônicos se repelem ao máximo. Exemplos: 1. A molécula de BeH2 2. A molécula de BF3 3. A molécula de CH4 4. A molécula de NH3 5. A molécula de H2O 6. A molécula de CO2 7. A molécula de HCN 8. A molécula de SO3 • Polaridade de Ligações A polaridade mostra como os elétrons que fazem a ligação covalente estão distribuídos entre os dois átomos que se ligam. 1. Ligação Covalente Apolar (Não-Polar) Ligação que ocorre quando os dois elétrons da ligação estão igualmente compartilhados pelos dois núcleos, ou seja, não há diferença de eletronegatividade entre os dois átomos que se ligam. Ocorre sempre que dois átomos idênticos se ligam. Exemplo: 2. Ligação Covalente Polar Ligação que ocorre quando os dois elétrons da ligação estão deslocados mais para um dos átomos, ou seja, a densidade da nuvem eletrônica é maior em torno do átomo mais eletronegativo. Fila de eletronegatividade dos principais elementos: Exemplo: Como o cloro é mais eletronegativo que o hidrogênio, ele atrai para mais perto de si o par de elétrons compartilhado, originando a formação de um dipolo. O cloro, sendo mais eletronegativo, adquire uma carga parcial negativa (𝜎−) e o hidrogênio uma carga parcial positiva (𝜎+). A formação do dipolo é representada por um vetor mi (𝜇), chamado de momento dipolar, e orientado no sentido do átomo menos para o mais eletronegativo. Exemplos: • Polaridade de Moléculas A polaridade de uma molécula depende do tipo de ligação (polar ou apolar) que ocorre entre os átomos e da geometria da molécula. 1. Molécula Apolar Ocorrerá quando: a) Todas as ligações entre os átomos forem apolares. Exemplo: b) A soma total dos momentos dipolares for igual a zero (𝜇𝑡⃗⃗ ⃗⃗ = 0). Exemplo: 2. Molécula Polar Ocorrerá quando tivermos ligações polares e a soma total dos momentos dipolares for diferente de zero (𝜇𝑡⃗⃗ ⃗⃗ ≠ 0). • Forças Intermoleculares As forças intermoleculares são forças de atração que ocorrem entre as moléculas, mantendo-as unidas, e são bem mais fracas, quando comparadas às forças intramoleculares (ligações químicas). Essas forças atuam principalmente no estado sólido e líquido das substâncias e são denominadas de forças de Van der Waals, em homenagem ao físico holandês que em 1873 fez a previsão da existência de tais forças. 1. Dipolo Instantâneo – Dipolo Induzido ou Forças de Dispersão de London Esta força ocorre entre moléculas apolares e é basicamente de natureza elétrica. Numa molécula apolar, os elétrons estão equidistantes dos núcleos, mas num determinado instante, a nuvem eletrônica pode se aproximar mais em relação a um dos núcleos, estabelecendo um dipolo instantâneo, o qual, por sua vez, induz as demais moléculas a formar dipolos, originando uma força de atração elétrica, de pequena intensidade entre elas. As moléculas, unidas por essas forças, formam, na fase sólida, os chamados cristais moleculares, como por exemplo os cristais de gelo seco (CO2), ou cristais de iodo (I2), que por estarem unidos por estas forças de pequena intensidade passam facilmente da fase sólida para a fase gasosa, sofrendo sublimação. 2. Dipolo Permanente ou Dipolo-Dipolo São forças de atração de natureza elétrica que ocorrem entre as moléculas polares. As moléculas, por apresentarem um dipolo permanente, ou seja, um polo de carga positiva e outro de carga negativa, atraem-se mutualmente, de modo que o polo positivo de uma molécula atrai o polo negativo de outra molécula e assim sucessivamente. Exemplo: 3. Ligações (Pontes) de Hidrogênio São forças de natureza elétrica que também ocorrem entre as moléculas polares (tipo dipolo permanente), porém, de maior intensidade. Ocorrem quando um átomo de H ligado a um átomo muito eletronegativo (F, O e N) de uma molécula é atraído por um par de elétrons não compartilhados no átomo de F, O ou N de outra molécula. Exemplos: • Pontos de Fusão e Ebulição das Substâncias Moleculares Quando uma substância molecular muda de estado físico, as moléculas tendem a se separar uma das outras, rompendo assim a força intermolecular. Quanto mais forte a força intermolecular, mais unidas estarão as moléculas e mais difícil será para separá- las, ou seja, os pontos de fusão e ebulição serão maiores. Dois fatores influenciam as propriedades físicas (PF e PE) das substâncias moleculares: a massa molecular e as forças intermoleculares. Tanto o PF como o PE tendem a crescer com o aumento da massa e das forças intermoleculares. a) Considerando-se moléculas de massa molecular aproximadamente iguais, teremos: Exemplo: b) Considerando-se moléculas com mesmo tipo de força intermolecular, teremos: Exemplo: c) Considerando-se moléculas com mesmo tipo de força intermolecular e mesma massa molecular, teremos: Exemplo: • Exercícios Propostos 1. (UFPE) A teoria de repulsão dos pares de elétrons na camada de valência (VSEPR) é capaz de prever a geometria de várias moléculas. De acordo com essa teoria, é correto afirmar que: a) a molécula H2S apresenta geometria linear. b) a molécula CO2 apresenta geometria angular. c) a molécula PH3 apresenta geometria piramidal. d) a molécula BCl3 apresenta geometria plana. e) a molécula SF6 apresenta geometria octaédrica. 2. (UFC-CE) Assinale a alternativa em que não há exata correspondência entre a molécula e sua forma geométrica. a) N2 — Linear b) CO2 — Linear c) H2O — Angular d) CCl4 — Tetraédrica e) BF3 — Pirâmide trigonal 3. (Cesgranrio-RJ) Indique o item que apresenta a única espécie de estrutura linear. a) H2O b) C6H5CH2CH3 c) CO2 d) NH3 e) H2SO4 4. (UFRN) O nitrogênio forma vários óxidos binários apresentando diferentes números de oxidação: NO (gás tóxico), N2O (gás anestésico – hilariante), NO2 (gás avermelhado, irritante), N2O3 (sólido azul) etc. Esses óxidos são instáveis e se decompõem para formar os gases nitrogênio (N2) e oxigênio (O2). óxido binário (NO2) é um dos principais poluentes ambientais, reagindo com o ozônio atmosférico (O3) – gás azul, instável – responsável pela filtração da radiação ultravioleta emitida pelo Sol. Analisando a estrutura do óxido binário NO2, pode-se afirmar que a geometria da molécula e a última camada eletrônica do átomo central são, respectivamente: a) angular e completa. b) linear e incompleta. c) angular e incompleta. d) linear e completa.5. (Fuvest-SP) Qual das moléculas tem maior momento dipolar? Justifique. a) H2O ou H2S b) CH4 ou NH3 6. (Mackenzie-SP) A molécula apolar que apresenta ligações polares é: Eletronegatividade: H = 2,1; Cl = 3,0; O = 3,5; C = 2,5; N = 3,0) a) HCl b) H2O c) CO2 d) NH3 e) H2 7. (UFC-CE) Considere a espécie química molecular hipotética XY2, cujos elementos X e Y possuem eletronegatividades 2,8 e 3,6, respectivamente. Experimentos de susceptibilidade magnética indicaram que a espécie XY2 é apolar. Com base nessas informações, é correto afirmar que a estrutura e as ligações químicas da molécula XY2 são, respectivamente: a) piramidal e covalentes polares b) linear e covalentes polares c) bipiramidal e covalentes apolares d) angular e covalentes apolares e) triangular e covalentes apolares 8. (UEL-PR) “A molécula NH3 apresenta entre os átomos ligações ...X.... Estas ligações resultam do compartilhamento de ...Y... que estão mais deslocados para um dos átomos, resultando molécula ...Z...” Completa-se o texto acima substituindo-se X, Y e Z, respectivamente, por: a) iônicas, prótons e polar b) covalentes, elétrons e apolar c) iônicas, elétrons e apolar d) covalentes, elétrons e polar e) iônicas, prótons e apolar 9. (UEL-PR) Cloro é mais eletronegativo do que o bromo. Sendo assim, moléculas desses elementos podem ser representadas por: a) Cl — Br, que é polar. b) Cl — Br, que é apolar. c) Cl — Br — Cl, que é apolar. d) Cl — Cl, que é polar. e) Br — Br, que é polar. 10. (UEL-PR) Em abril deste ano, a imprensa noticiou que um enorme bloco de gelo se desprendeu da península Antártica, provavelmente em conseqüência do aquecimento global da Terra. No gelo desprendido, as moléculas estão unidas entre si por I ao passo que, no gelo-seco, as moléculas prendem-se por II. Completa-se corretamente o texto pela substituição de I e II, respectivamente, por: a) forças de Van der Waals – ligações iônicas. b) ligações de hidrogênio – ligações metálicas. c) ligações covalentes polares – ligações de hidrogênio. d) ligações metálicas – ligações iônicas. e) ligações de hidrogênio – forças de Van der Waals. 11. (Vunesp) Para as substâncias H2O e H2S, as forças de atração entre as suas moléculas ocorrem por: a) interações eletrostáticas para ambas. b) ligações de hidrogênio para ambas. c) ligações de hidrogênio para H2O e interações eletrostáticas para H2S. d) ligações de hidrogênio para H2O e dipolo-dipolo para H2S. e) ligações de Van der Waals para ambas. 12. (Osec-SP) Qual das afirmações a seguir é incorreta? a) A molécula H2 é apolar. b) O C6H6 é pouco solúvel em H2O. c) O etanol é bastante solúvel em H2O. d) A amônia é covalente apolar. e) A molécula de água é polar. 13. (USF-SP) A solubilidade de álcoois em água: a) aumenta com o aumento da massa molecular. b) diminui com o aumento da cadeia carbônica. c) não varia muito ao longo da série homóloga. d) é desprezível. e) não depende da massa molecular. 14. (PUC-PR) O ponto de ebulição do etanol é maior que o da acetona, mesmo apresentando menor número de átomos de carbono, devido à presença de _______________ entre suas moléculas. O espaço acima será preenchido com a alternatividade. a) interações dipolo-dipolo b) interações dipolo induzido c) forças de Van der Waals d) interações por ponte de hidrogênio e) ligações eletrovalentes 15. (UFC-CE) O óxido nítrico, NO, é normalmente veiculado pela mídia como um indesejável poluente do meio ambiente. Sabe-se, entretanto, que esta substância é, também, essencial nas atividades digestivas, na regulação da pressão sanguínea e na defesa bacterial, ocorrendo naturalmente em diversos tipos de células do corpo humano. Com relação às ligações químicas presentes na molécula do óxido nítrico, é correto afirmar que: a) são predominantemente iônicas, resultando em uma espécie química apolar. b) são covalentes apolares, e a molécula do NO é polar. c) satisfazem à regra do octeto, e o número de oxidação do nitrogênio é +2. d) são covalentes polares, e a molécula do NO possui momento de dipolo (µ ≠ 0). e) são covalentes apolares, e a molécula do NO apresenta forte caráter iônico. • Gabarito 1. C 2. E 3. C 4. A 5. A) H2O, pois o oxigênio é mais eletronegativo que o enxofre. B) NH3, pois a molécula de CH4 é apolar. 6. C 7. B 8. D 9. A 10. E 11. D 12. D 13. B 14. D 15. D