EXERCÍCIOS LIGACOES QUÍMICAS

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WILLIAM PASSAIA
QUÍMICA INORGÂNICA (28/29)
EXERCÍCIOS LIGACOES QUÍMICAS
Qual é a principal diferença no modo como as teorias de ligação covalente (Teoria da Ligação de Valência -TLV e a Teoria do Orbital Molecular-TOM) descrevem as ligações numa molécula? 
A teoria da ligação de valência a combinação de dois orbitais produzia apenas um novo orbital molecular e localizado por entre os átomos.
Na teoria dos orbitais moleculares a combinação de dois orbitais moleculares produzia dois novos orbitais e espalhados por toda a molécula. 
Como a TLV explica o fato do boro (número atômico= 5) formar três ligações covalentes com o cloro na molécula BCl3, se ele possui somente um elétron desemparelhado? Use esboços de orbitais para justificar a resposta. 
Neste caso o boro sobre hibridização, um elétron do orbital 2s2 migra para um orbital vazio 2p, assim ficando 3 orbitais desemparelhados e podendo fazer três ligações com o cloro. Segue esboço:
Cite os três tipos de orbitais híbridos que podem ser formados por um átomo que possui apenas orbitais s e p no nível de valência. 
Hibridização sp2 que ocorre no boro; Hibridização sp3 que ocorre no oxigênio; Hibridização sp que ocorre com o berílio. 
Use a teoria das ligações de valência (TLV) para explicar a ligação na molécula SF4. 
Neste caso o Enxofre sofre hibridização sp3d, deixando assim 4 orbitais livres para fazer ligação com o flúor. Segue esboço:
Quais as diferenças em termos de sobreposição de orbitais entre as ligações sigma e pi? 
Na ligação sigma ocorre uma interpenetração frontalmente, já na ligação pi ocorre uma ligação de lóbulos, ou seja, lateralmente. A ligação sigma é muita mais forte e difícil de quebrar. 
Com base na Teoria do Orbital Molecular (TOM), e valendo-se de diagramas de energia, explique por que o He2 não existe, mas o íon He2+ e H2 sim. Forneça a ordem de ligação em cada caso. 
A molécula He2 não existe, pois o orbital S é o único orbital do Hélio e já está preenchido e estável. 
A molécula de He2+, com um elétron anti-ligante a menos, teria uma pequena estabilidade molecular tendo ordem de ligação OL = (2 – 1)/2 = ½. 
A molécula de H2 existe pois o hidrogênio tem apenas um elétron na sua única camada e esta suporta 2, assim o mesmo faz uma ligação covalente ficando estável. Ordem de ligação 2. 
Considere o elemento cloro, formando compostos com, respectivamente, hidrogênio, carbono, sódio e cálcio. Com quais desses elementos, o cloro forma compostos covalentes? Escreva a fórmula eletrônica dos compostos covalentes formados. 
HCL - Ligação covalente por ser formada por dois ametais, ou seja ambos tendem a receber elétrons, então compartilham.
CCl4 - Ligação covalente por ser formada por dois ametais, ou seja ambos tendem a receber elétrons, então compartilham.
NaCl - Ligação iônica, pois o cloro é muito mais eletronegativo, então tende a “roubar” o elétron da camada de valência do sódio que tende a doá-lo para ficar estável. 
CaCl2 – Ligação iônica pois o cloro por ser muito mais eletronegativo tende a “roubar” os elétrons da camada de valência do cálcio, mas para se tornar estável o cloro precisa receber apenas um elétrons e o Ca tem dois para doar, então para ligar-se ao cálcio são necessários dois átomos de cloro tornando assim as moléculas eletronicamente estáveis.
Com base na teoria de bandas (ou Teoria do orbital molecular) e valendo-se de diagramas de níveis de energia, explique quais são as diferenças entre condutores, isolante e semicondutores. 
Um material condutor é aquele que forma um mar de elétrons, ou seja, os elétrons da carga que será acionada a ela terão uma boa passagem por este metal. É aquele que pode promover um elétron a um orbital livre, onde ele pode mover-se livremente. 
Semicondutor é aquele que tem uma carga, um exemplo é o semicondutor do tipo N, que acontece quando é adicionado fosforo ao silício, o elemento P faz cinco ligações e o Si faz apenas 4, assim sobra um elétron para conduzir energia. É aquele que pode promover um elétron a um orbital livre, onde ele pode mover-se livremente.
Nos materiais isolantes, não há excesso de elétrons, todos estão fortemente ligados ao núcleo. Não há um orbital livre para mover os elétrons.
9) Explique porque a condutividade elétrica de um metal diminui com o aumento da temperatura, mas aumenta no caso dos semicondutores. 
O aumento da temperatura, aumenta as vibrações dos núcleos dos metais, e essa vibração aumenta a interação dos elétrons de condução com o núcleo diminuindo assim a sua condutibilidade ou aumentando a resistividade. 
Nos semicondutores o aumento da temperatura facilita o salto dos elétrons para a banda de condução.
Responda se os seguintes sistemas são prováveis semicondutores do tipo n ou do tipo p: 
(a) germânio dopado com arsênio: Semicondutor do tipo N, pois ao ligar-se sobra um elétron do arsênio que não se ligará pois o germânio faz apenas quatro ligações. 
(b) germânio dopado com gálio: Semicondutor do tipo P, pois o germânio ficará sem fazer uma ligação, assim será um cátion. 
 (c) germânio dopado com silício: Semicondutor intrínseco. 
O arsenato de gálio é um semicondutor amplamente usado na construção de dispositivos emissores de luz vermelha e está sendo desenvolvido para chips de processadores centrais avançados em supercomputadores. Se o arsenato de gálio (GaAs) é dopado com selênio (no sítio do As), ele está n-dopado ou p-dopado? 
Será n-dopado, pois sobrarão três elétrons do selênio para conduzir energia. 
12) O que são ligas intersticiais e substitucionais? Enumere os fatores que levam à formação de uma ou de outra.
Soluções substitucionais: nesta reação o átomo adicionado ocupa o espaço do metal, acontece quando o raio dos mesmos é parecido. 
Soluções intersticiais: Nesta reação os átomos menores ocupam os espaços entre os metais, sem substituição alguma, apenas adição.
Questões para entregar
Relacione a tendência dos átomos de perderem ou receberem elétrons com os tipos de ligações que eles formam. 
Compostos iônicos são formados por um metal e outro ametal, neste caso o ametal por ter uma alta eletronegatividade tende a roubar o elétron do metal, e o ametal por ter uma alta energia de ionização tende a ceder seu elétron mais afastado. 
Ligações covalentes tendem a compartilhar elétrons entre si, o átomo que tiver uma maior eletronegatividade tende a ter a carga negativa mais próxima de si, mas nunca irá receber este elétron sem uma quebra de ligação que ocorreria apenas se fosse fornecida energia. 
	Na ligação metálica, os átomos tem uma tendência enorme em doar elétrons, então ao se ligarem deixam seus elétrons da camada mais externa livres para migrarem, assim com vários átomos juntos formam um mar de elétrons. 
Indique para cada um dos seguintes compostos o grau de condução da eletricidade, e mostre para cada caso o mecanismo de condução: 
NaCl (fundido): Conduz eletricidade, pois ao aquecer estas moléculas formam-se íons, e estes ficam mais livres para se movimentarem assim conduzindo eletricidade. 
NaCl (solução aquosa): Ao entrar em contato com a água, este composto é ionizado, isto é, forma íons de carga positiva e negativa, assim este conduz eletricidade.
NaCl (sólido) Não conduz eletricidade, pois é um composto sem cargas. 
Cu (sólido): Conduz eletricidade por ser um metal. Metais tendem a doar elétrons, neste caso, o cobre forma um mar de elétrons, assim sendo um ótimo condutor elétrico.
CCl4(líquido): Não conduz eletricidade, pois este composto é formado por ligação covalente, isto é, não são formadas cargas para conduzir elétrons. 
Por que os compostos iônicos geralmente fundem a altas temperaturas, enquanto que compostos covalentes simples em sua maioria fundem a baixas temperaturas? Explique o elevado ponto de fusão do diamante. 
Por que a ligação iônica é muito forte, a ligação covalente ocorre apenas para o compartilhamento de elétrons para que os átomos fiquem estáveis, assim na ligação iônica a carga está muitomais próxima do ânion, precisando de muito mais energia para retira-la de lá. 
	O diamante é um composto covalente, mas formado apenas por carbono, assim as ligações são muito fortes pois a diferença de eletronegatividade é zero, sendo difícil de quebrar estas ligações e fundir este material. 
Como os valores mínimos das reações de raios estão relacionados com o número de coordenação e quais são os limites mínimos para cada caso? Dê exemplos de tipos de estrutura cristalina associada a cada um dos números de coordenação.
O tamanho do raio iônico do cátion dividido pelo tamanho do raio iônico do ânion, tem como resultado um número que tabelado, mostra qual o número de coordenação de átomos que ele tem e qual a forma da molécula.
Número de coordenação três forma uma molécula trigonal plana, já o número de coordenação 6 forma uma molécula octaédrica.
Dê os números de coordenação dos íons e descreva as estruturas cristalinas da blenda, da wurtzita e do cloreto de sódio em termos de empacotamento denso e ocupação de interstícios tetraédricos e octaédricos. 
O sulfeto de zinco forma dois compostos com número de coordenação 4 e o Zn ocupa metade dos interstícios tetraédricos do retículo, a blenda que forma uma estrutura cúbica de empacotamento compacto e a wurtzita que forma uma estrutura hexagonal de empacotamento compacto. 
O cloreto de sódio tem número de coordenação 6 e forma uma estrutura cúbica compacta de íons cloreto em que os íons sódio ocupam todos os interstícios octaédricos
Esquematize o ciclo de Born-Haber para a formação de um composto iônico MCl. Defina os termos empregados e mostre como estes podem ser determinados ou calculados. Como esses valores de entalpia variam através da tabela periódica? Use esses variações para sugerir como as propriedades do NaCl deveriam diferir do CuCl. 
Para formar uma ligação iônica, segundo o ciclo de Born-Haber, precisamos transformar um metal e um ametal em íons gasosos, para que quando se juntassem formassem o sal. Para isso acontecer, os compostos passam por alguns processos, como a fusão, sublimação... A soma da energia gasta para passar por estes processos é a chamada entalpia reticular. 
Explique o termo energia reticular quando aplicado a um sólido iônico Calcule a energia reticular do cloreto de césio usando os seguintes dados:
A energia reticular é a energia necessária para dissociar completamente os seus íons em estado gasoso. A energia reticular é -623 KJ mol.L-1 .
Represente as estruturas do CsCl e do TiO2 mostrando claramente a coordenação dos cátions e ânions. Mostre como pode ser usado o ciclo de Born-Haber para determinar a entalpia da reação hipotética: 
Ca(s) + ½ Cl2 = CaCl(s)
Explique porque nunca se obteve o CaCl, embora a entalpia para essa reação seja negativa. 
O cloreto de césio tem estrutura que não é de empacotamento compacto e tem número de coordenação 8. No dióxido de titânio o cátion é coordenado octaedricamente aos ânions. O composto CaCl não existe, pois o cálcio tende a doar sempre 2 elétrons e o cloro pode receber apenas um, assim o único composto plausível seria o CaCl2 (cloreto de cálcio).
Utilize um ciclo de Born-Haber para explicar a variação à medida que aumenta o número atômico do metal. Comente as estabilidades relativas dos estados de oxidação +II e +III dos metais 3d.
Quanto menor o número atômico maior será o raio deste no período e menor será o valor necessário para transforma-lo do estado sólido para o gasoso. Dependendo do metal quando maior o estado de oxidação mais estável ele será, um exemplo é o ferro. 
Enumere os tipos de defeitos que ocorrem no estado sólido e dê um exemplo de cada caso se é possível uma condutividade elétrica, e qual o mecanismo de condução envolvido. 
Os defeitos podem ser: A falta de um cátion nas ligações iônicas, assim sendo um condutor elétrico. A presença de um íon em uma ligação metálica, assim também sendo condutor elétrico. Um exemplo é a dopagem de semicondutores, que são de dois tipos: Dopagem tipo N (negativa), ocorre quando se adiciona o fosforo ou arsênico ao silício, ambos elementos tem 5 elétrons na última camada, assim quando se liga ao silício que faz 4 ligações sobra um elétron para conduzir eletricidade, por isso é do tipo negativa. Do tipo P (positiva) é adicionado boro ou gálio, ambos tem 3 elétrons na última camada, assim sobra um cátion no sílicio que conduzirá energia, assim sendo positiva.
Questões metais:
Enumere as propriedades físicas e químicas dos metais.
Propriedades físicas: Os metais possuem alta condutividade elétrica pelo fato de seus elétrons de valência formarem um mar de elétrons entre eles, o raio atômico de um metal é grande, assim facilitando para os elétrons saírem de sua eletrosfera. Os metais têm o ponto de fusão e ebulição muito altos, devido à ligação metálica ser muito forte, os átomos são intensamente unidos. São maleáveis e dúcteis. 
Propriedades químicas: Os metais têm uma alta força de ionização, baixa eletronegatividade e tendem a formar ânions em ligações iônicas. 
Denomine e desenhos as três estruturas cristalinas comuns assumidas pelos metais. 
Explique o porquê a condutividade elétrica de um metal diminui à medida que a temperatura aumenta; explique o porquê acontece o contrário nos semicondutores. 
O aumento da temperatura, aumenta as vibrações dos núcleos dos metais, e essa vibração aumenta a interação dos elétrons de condução com o núcleo diminuindo assim a sua condutibilidade ou aumentando a resistividade. 
Nos semicondutores o aumento da temperatura facilita o salto dos elétrons para os orbitais livres
Descreve a estrutura de ligas intersticiais e de ligas por substituição, e esquematize as situações que levam a uma e a outra. 
Soluções substitucionais: nesta reação o átomo adicionado ocupa o espaço do metal, acontece quando o raio dos mesmos é parecido. 
Soluções intersticiais: Nesta reação os átomos menores ocupam os espaços entre os metais, sem substituição alguma, apenas adição. 
O que é supercondutividade? Quais os usos potenciais para a supercondutividade? Que tipos de materiais são supercondutores?
Supercondutividade é a ausência de resistividade elétrica, isto é, os elétrons passam livremente por meio deste supercondutor. Os magnetos supercondutores são os mais poderosos imãs conhecidos, também se encontram nos aparelhos eletrônicos que trabalham com eletricidade diminuindo seu tamanho e seu gasto energetico.