Turma BI - Trabalho 3 - Zander e Felipe V

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UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE 
NITERÓI, 11 DE NOVEMBRO DE 2013 
DISCIPLINA: QUÍMICA INORGÂNICA EXPERIMENTAL III 
PROFESSOR: FRANSCISCO BUSTAMANTE 
ALUNOS: FELIPE VINAGRE E ZANDER MENDES 
 
RESOLUÇÃO DAS QUESTÕES DA PRIMEIRA PROVA 
Questão 6) Os elementos do segundo período da tabela periódica possuem 
propriedades muito distintas do restante de seus grupos. A diferença já pode ser 
notada entre os alótropos desses elementos. O diamante é um isolante elétrico 
enquanto o silício que possui a mesma estrutura – é um semicondutor. As substâncias 
simples de nitrogênio e oxigênio são diatômicas e, nas condições ambientes, estão no 
estado gasoso. Já as substâncias simples do fósforo e enxofre são sólidas e formadas 
por vários átomos. As diferenças entre os elementos de um mesmo grupo da tabela 
periódica não são exclusivas de suas substâncias simples. Um exemplo marcante é 
encontrado entre carbono e silício: o dióxido de carbono e a sílica (quartzo e suas 
diferentes formas cristalinas) possuem propriedades radicalmente diferentes, embora 
ambos possuam uma fórmula empírica semelhante. Algumas dessas diferenças podem 
ser explicadas pelo comportamento energético das ligações químicas, como pode ser 
visto na Tabela 1. A Tabela 2 complementa a tabela anterior. 
 
Tabela 2 - Valores de entalpia média de ligação (em kJ mol-1). Os valores entre parênteses indicam o 
número de ligações 
 
Com base nessas informações, desenvolva os itens a seguir. 
a) Explique porque os compostos formados por silício e oxigênio encontrados na 
natureza são constituídos, preferencialmente, por redes cristalinas (ou amorfas) 
contendo o silício em coordenação tetraédrica. 
Ao observar a tabela dos valores de entalpia de ligação entre o silício e o oxigênio, é 
possível notar que os valores de ligação simples para o Si-O são de 466 kj/mol 
enquanto o valor da dupla ligação entre os mesmos átomos é de 640 kj/mol. Dessa 
forma, pode-se inferir que energeticamente é mais favorável ao silício e oxigênio 
fazerem 4 ligações simples, contrariamente a fazer apenas 2 ligações duplas. 
Nos silicatos, o oxigênio contribui com a carga -1, gerando um tetraedro, já que o 
oxigênio e o silício possuem diferença de energia de orbitais grande, fazendo com que 
o Si seja átomo central, hibridizado em sp3. [1] Dessa forma, o oxigênio necessita se 
ligar a outro átomo de Si, o que gera uma cadeia infinita, sendo representada pela 
esquematização abaixo. 
 
Figura 1 – Estrutura básica do silicato (sílica) 
[5]
 
b) Represente espacialmente as estruturas do dióxido de carbono e da sílica e, 
baseando-se nas diferenças estruturais, explique por que um está no estado gasoso 
nas condições ambientes e o outro é um sólido, com um elevadíssimo ponto de 
fusão. 
 
Figura 2 – Estrutura do Dióxido de Carbono 
[6] 
* Estrutura da sílica já representada na Figura 1. 
A estrutura da sílica é composta pelo Silício hibridizado em sp3, fazendo com que o 
oxigênio só realiza uma ligação com o mesmo, em vez de duas. Dessa forma, o 
oxigênio se liga a outro átomo de silício, e assim ocorre consecutivamente, gerando 
uma grande rede. Pelo fato da ligação Si-O ser forte (466 kJ/mol), devido à deformação 
causada pela grande eletronegatividade do O, a estrutura da sílica se torna muito 
resistente, sendo assim um sólido de altíssimos pontos de fusão e ebulição. 
Já o CO2, devido às energias de orbitais próximas, hibridiza em sp, fazendo dupla 
ligação com cada átomo de oxigênio. Dessa forma, a molécula é apolar, fazendo com 
que interajam em dipolo induzido entre si. Essas interações são muito fracas, fazendo 
com que seu ponto de fusão seja baixo e que seja gasoso em temperatura ambiente. 
c) Considerando que carbono e silício pertencem ao mesmo grupo da Tabela 
Periódica, como se explica que compostos contendo ligações C-C (ou C-H) sejam tão 
triviais enquanto que exemplos de compostos contendo ligações Si-Si (ou Si-H) são 
muito escassos? 
As ligações de Si-H e Si-Si são ligações de entalpia mais baixa, pois em comparação ao 
carbono, há uma sobreposição de orbitais menos efetiva, resultando em ligações mais 
fracas, como pode ser observado pelos seus valores nas Tabelas 1 e 2. A ligação Si-Si é 
a mais fraca (226 kJ/mol), sendo mais fácil de ser quebrada. Logo, a tendência é que os 
compostos de Si-H ou Si-Si sejam muito reativos, gerando produtos com o dióxido de 
silício, que apresenta uma ligação Si-O bem mais forte (466 kJ/mol), sendo um 
composto bem mais estável. Uma comprovação prática desse fato é a prática realizada 
com o silano (SiH4), um produto muitíssimo reativo com o gás oxigênio presente no ar, 
gerando o SiO2. 
Já as ligações C-C e C-H são mais fortes, pois ambos são átomos pequenos, havendo 
uma boa superposição de orbitais, gerando uma ligação bem mais forte (348 kJ/mol e 
412 kJ/mol, respectivamente), tendo valores mais altos em comparação às ligações Si-
Si e Si-H (226 kJ/mol e 318 kJ/mol, respectivamente), sendo compostos bem mais 
estáveis, logo existindo em abundância na natureza. 
d) Como se explica a variação observada nos valores de entalpia média de ligação 
para espécies EC em que E = H, C, Si ou Ge? 
Os valores de entalpia média de ligação sugerem que com o aumento do tamanho do 
átomo a energia de ligação decresce, pois por se tratar de um átomo pequeno, o 
Hidrogênio tende a melhor sobrepor seu orbital 1s melhor em átomos igualmente 
pequenos, tendo ligações assim mais fortes. 
As moléculas de oxigênio e de ozônio nos protegem da radiação UV de alta energia, 
absorvendo radiações com comprimento de onda inferior a 242 nm e entre 240 e 320 
nm, respectivamente. No ozônio, as ligações entre os átomos de oxigênio são iguais. 
Logo, 
e) Sabendo-se que o ΔHf° do ozônio é 143 kJ.mol
-1 e com base na energia de ligação 
do gás oxigênio fornecida na Tabela 2, calcule a energia de ligação entre os átomos 
de oxigênio no ozônio. 
Oxigênio e ozônio reagem segundo a equação: 3 O2 → 2 O3. No ozônio há o efeito de 
ressonância que torna as ligações entre os oxigênios de tamanhos muito próximos e 
conseqüentemente com valores de energia parecidos. Como nos reagentes a energia é 
absorvida devido à quebra de ligações e nos produtos essa energia é liberada devido à 
formação de ligações, é possível relacionar os valores energéticos e obter a seguinte 
equação: 
3 O=O → 2 O-O=O 
Considerando valores iguais para as 2 ligações do ozônio: 
+(3*497) - (2*2*x)=143 
1491 - 4x = 143 
-4x=-1348 
x=337 kJ/mol 
f) Explique por que as ligações do ozônio são iguais e represente as estruturas de 
Lewis que ilustram esse fenômeno. 
Devido à ressonância, onde num momento, um átomo de oxigênio realiza ligação 
simples com o oxigênio central, enquanto o segundo realiza dupla ligação, e logo após, 
a inversão dessa situação, gerando uma ligação intermediária entre a simples e a 
dupla, apresentando energia intermediária entre as mesmas (vide questão 6e), sendo 
assim, ligações iguais. 
 
Figura 3 – Estrutura da Ressonância da molécula de Ozônio 
[7]
 
 
Questão 7) Nos motores a combustão dos automóveis, devido à alta temperatura 
interna, o oxigênio e o nitrogênio do ar combinam-se, gerando o gás NO: 
N2(g) + O2(g) 2 NO(g) (I) 
 
Lançado na atmosfera, o gás NO pode reagir com o oxigênio, produzindo NO2: 
2 NO(g) + O2(g) 2 NO2 (g) (II) 
 
Este, por sua vez, reage com a água da chuva, produzindo HNO3 e HNO2. O HNO3, um 
ácido forte, é um dos responsáveis pelo fenômeno da chuva ácida: 
2 NO2(g) + H2O(l) HNO3(aq) + HNO2(aq) (III) 
 
Com base nessas informações, julgue os itens abaixo: 
 
a. As substâncias HNO3 e HNO2 são denominadas, respectivamente, ácido nítrico e 
ácido nitroso.CORRETO. Ambos são oxiácidos de nitrogênio, onde o primeiro tem o nox mais elevado 
(+5), recebendo o sufixo “ico”, e o segundo possui um valor abaixo (+3), recebendo o 
sufixo “oso”, resultando assim nos ácidos nítrico (HNO3) e nitroso (HNO2).
[1] 
 
b. O gás NO2 é classificado como um óxido básico, pois reage com água, produzindo 
dois ácidos conjugados: o HNO3 e o HNO2. 
 
ERRADO. O dióxido de nitrogênio (NO2) é um óxido ácido, e devido ao seu estado de 
oxidação (IV) ser um intermediário do nitrogênio, sofre desproporcionamento ao 
reagir com a água, gerando os dois oxiácidos de nitrogênio supracitados, o HNO3 e 
HNO2.
[1] 
 
c. Sabendo que o gás NO2 reage com oxigênio, produzindo ozônio — NO2 + O2 
NO + O3 —, pode-se concluir que a presença de NO2 na baixa atmosfera é 
benéfica, pois o ozônio formado filtra os raios solares, não permitindo que a radiação 
ultravioleta atinja a biosfera. 
 
ERRADO. O NO2 é extremamente reativo e um forte agente oxidante, gerando produtos 
ácidos e que podem reagir em cadeia com outras diversas espécies. Explode em 
contato com materiais orgânicos e combustíveis, além de decompor-se em contato 
com água, produzindo ácidos nitroso e nítrico. Logo, a sua presença em baixos níveis 
atmosféricos é muito perigosa, podendo causar desde náuseas e irritações cutâneas 
até a falência de órgãos. [2] Além disso, a formação de ozônio também é prejudicial, já 
que este também é um agressor à saúde humana. [1] 
 
 
 
 
d. Se os equilíbrios representados pelas reações (II) e (III) estiverem deslocados para 
a direita, isso fará que o equilíbrio representado pela reação (I) também se desloque 
para a direita. 
 
ERRADO. Deslocando o equilíbrio das reações II e III para a direita, há a diminuição de 
NO e O2, não sendo possível, assim, determinar para onde o equilíbrio da reação I se 
deslocará. 
 
e. A produção de NO2 a partir de NO — reação (II) — é mais eficiente na alta 
atmosfera, onde a pressão é menor. 
ERRADO. A pressão de um gás está associada ao volume do mesmo. O aumento da 
pressão no sistema beneficia a reação com menor volume no total estequiométrico, e 
a diminuição da pressão beneficia a reação com maior volume. Logo, estabelece-se 
que pressão e volume são inversamente proporcionais. 
↑[Pressão] → ↓[Volume] = Contração 
↓[Pressão] → ↑[Volume] = Expansão 
Logo na reação, observa-se que o volume total de reagentes é maior que o de produto 
(3>2). Em alta atmosfera, há a queda de pressão para menos de 1atm, e com essa 
redução de pressão, há aumento de volume, deslocando o equilíbrio químico para o 
lado com maior volume. Logo, em alta atmosfera, a produção de NO2 é prejudicada. 
Questão 8) O planeta Aragonose é formado basicamente pelo mineral aragonita 
(CaCO3). Sua atmosfera possui 1010 L de volume e contém metano (CH4) e dióxido de 
carbono (CO2), cada qual exercendo uma pressão parcial de 0,10 atm. Seus oceanos 
são formados de água líquida saturada com aragonita, em que o íon H3O+ está 
presente em uma concentração de 1,8 × 10-7 mol/L. A temperatura média do planeta é 
de +5 °C (278 K). Dados: 
• CaCO3(s, aragonita) → Ca
2+
(aq) + CO3
2-
(aq) Kps = 6,0 × 10
-9 (I) 
• CO2(g) → CO2(aq) KCO2 = 3,4 × 10
-2 (II) 
• CO2(aq) + 2H2O(l) → HCO3
-
(aq) + H3O
+
(aq) K1 = 4,4 × 10
-7 (III) 
• HCO3
-
(aq) + H2O(l) → H3O
+
(aq) + CO3
2-
(aq) K2 = 4,7 × 10
-11 (IV) 
• Constante universal dos gases (R) = 0,082 atm.L/(K.mol). 
Considerando a situação hipotética e os dados apresentados acima, em que K denota a 
constante de equilíbrio da reação mostrada, julgue os itens a seguir. 
a. A pressão atmosférica ao nível do mar em Aragonose é de 0,20 atm. 
CORRETO. De acordo com a Lei de Pressões Parciais, a pressão total do sistema será a 
soma de cada pressão exercida por algum componente. Logo, a pressão atmosférica 
será a soma da pressão do gás metano e do gás carbônico, resultando em 0,20 
atm.[3][4] 
b. A massa de gás metano na atmosfera de Aragonose é superior a 1.000 ton. 
ERRADO. Cálculos abaixo. 
 
Figura 4 – Cálculos de Massa de Gás Metano 
c. A molaridade do gás metano na atmosfera de Aragonose é superior a 0,005 mol/L. 
ERRADO. Cálculos abaixo. 
 
Figura 5 – Cálculos da Molaridade do Gás Metano 
d. Se houvesse uma bactéria nos oceanos de Aragonose que produzisse CO2, o pH da 
água desses oceanos aumentaria. 
ERRADO. Pelas equações, é possível observar que o efeito contrário ocorreria, tendo 
redução de pH pelo aumento de H3O
+ no meio. Produzindo CO2, há o deslocamento da 
reação para a direita, e conseqüentemente, há a maior produção de H3O
+ na reação III, 
e logo na reação IV. Dessa forma, há a acidificação do meio, reduzindo seu pH. 
 
 
 
 
e. Um litro da água do mar de Aragonose contém menos de 0,1 g de Ca2+. 
ERRADO. Cálculos abaixo. 
 
Figura 6 – Cálculos de Concentrações das Espécies 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
[1] SHRIVER, D. ; ATKINS, P.. Química Inorgânica. 4ª Edição, Porto Alegre. Editora 
Bookman, 2008. Páginas 106-114, 339-395. 
[2] AGA. FISPQ do Dióxido de Nitrogênio. Disponível em <http://hiq.linde-
gas.com.br/international/web/lg/br/like35lgspgbr.nsf/repositorybyalias/pdf_msds_n/
$file/Nitrogen%20Dioxide.pdf>. Acessado em 9 de Novembro de 2013. 
[3] BRASIL ESCOLA. Misturas Gasosas. Disponível em 
<http://www.brasilescola.com/quimica/misturas-gasosas.htm>. Acessado em 9 de 
Novembro de 2013. 
[4] INFOESCOLA. Lei das Pressões Parciais. Disponível em 
<http://www.infoescola.com/quimica/lei-das-pressoes-parciais/>. Acessado em 9 de 
Novembro de 2013. 
[5] Figura disponível em <http://chemcases.com/silicon/sil1cone.htm>. Acessado em 
10 de Novembro de 2013. 
[6] Figura disponível em 
<http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1f/Carbon-dioxide-2D-
dimensions.svg>. Acessado em 10 de Novembro de 2013. 
[7] Figura disponível em <http://www.brasilescola.com/quimica/ressonancia-
compostosquimicos.htm>. Acessado em 10 de Novembro de 2013.