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REVISÃO PARA AV2 Química Geral Turmas 3060 Química Geral - Introdução 1 Unidade 3 – Ligação Química Tema: Ligações iônicas, covalentes e polaridade Objetivos: - Estudar as principais forças intramoleculares dipolo-dipolo. - Representar elétrons de valência dos átomos através do símbolo de Lewis. - Analisar as ligações covalentes e polaridades de ligação. • Ligação iônica: O termo ligação iônica refere-se às forças eletrostáticas que existem entre íons de sinais contrários. Os íons são formados a partir de átomos pela transferência de um ou mais elétrons de um átomo para outro. • Substâncias iônicas resultam da interação de metais do lado esquerdo da tabela periódica com não-metais do lado direito (excluindo-se os gases nobres, do grupo 8A). LIGAÇÕES QUÍMICAS MgO K2Cr2O7 NiO Regra do Octeto: • Os átomos frequentemente ganham, perdem ou compartilham elétrons para atingir o número de elétrons do gás nobre mais próximo deles na tabela periódica. Os gases nobre têm distribuições eletrônicas muito estáveis, como evidenciado por suas altas energias de ionização, baixas afinidades por elétrons adicionais e deficiência geral de reatividade química. • Todos os gases nobres (exceto o He) têm oito elétrons de valência e muitos átomos, ao sofrerem reações, também terminam com oito elétrons de valência. • Essa observação levou à regra do octeto: os átomos tendem a ganhar, perder ou compartilhar elétrons até que eles estejam circundados por oito elétrons de valência. LIGAÇÕES IÔNICAS Química Geral - Termodinâmica Termoquímica Estuda as variações de energia que ocorrem em uma reação química Ao ocorrer uma reação química sempre haverá uma variação de energia. Essa variação de energia provém de um novo arranjo das ligações químicas Química Geral - Termodinâmica Energia Interna ∆E = q + w A Energia Interna de um sistema pode variar através da perda ou ganho de calor com as vizinhanças, ou ainda com a realização de trabalho pelo sistema ou sobre o sistema calor trabalho Química Geral - Termodinâmica Convenção de sinais ∆E = q + w Q > 0: calor recebido pelo sistema. Q < 0: calor cedido pelo sistema. W < 0: volume do sistema aumenta. W > 0: volume do sistema diminui. ∆E > 0: temperatura do sistema aumenta. ∆E < 0: temperatura do sistema diminui. ∆E = q + (-P∆V) Química Geral - Termodinâmica Energia Interna 1) Um certo sistema absorve 300 J de calor e tem 700 J de trabalho realizado nele. Qual o valor da energia interna do sistema? Esse sistema é endotérmico ou exotérmico? Dados do problema: q = + 300 J; w = + 700 J. A variação da energia interna é dada pela equação ΔE = q + w Assim, ΔE = +300J + (+700J) = 1.000 J O sistema é endotérmico porque o sinal de ΔE é positivo. 2) O gás no interior de um cilindro sofre expansão do volume de 500mL até um volume final de 2,0L, contra uma pressão externa de 2 atm. Supondo que durante o processo houve absorção de 200 J de calor, qual seria a variação da energia interna desse gás? Dados do problema: q = + 200 J; w = ? W = - PΔV --- > W = - 2 atm.(2,0L – 0,5L) = - 3,0 atm.L (1 atm.L = 101,3J) W = 3,0 x 101,3 = - 303,9 J ΔE = q + w ΔE = + 200J + (- 303,9J) ΔE = - 103,9 J Este sistema é exotérmico porque o sinal de ΔE é negativo. Química Geral - Termodinâmica Energia Interna Exercícios: 3) Um determinado sistema possui, inicialmente, o volume de 25 L . Após absorver 1 kJ de calor, ocorre uma expansão do volume para 28,95 L, contra uma pressão constante de 1 atm. Calcule a variação da energia interna desse sistema. Dado: 1 L.atm = 101,3 J. Dados do problema: q = + 1 kJ; w = ? W = – P ΔV; ΔV = 28,95 – 25 = 3,95 L A variação da energia interna é dada pela equação ΔE = q + w W = – 1 atm x 3,95 L ⸫ - 3,95 atm.L. 1 atm.L ------- 101,3 J - 3,95 atm.L ----- X = - 400,13 J ΔE = q + w ⸫ ΔE = 1.000 J + (- 400 J) ΔE = + 600 J 4) Um gás sofre uma expansão e seu volume aumenta de 20 L para 50 L, contra uma pressão de 1 atm. O sistema absorve 10 kJ de calor. Calcule a variação da energia interna do sistema. Dado 1 L.atm = 101,3 J Química Geral - Termodinâmica Energia Interna Exercícios: 5) Calcule ∆E e determine se o processo é endotérmico ou exotérmico, para os seguintes casos: a) Um sistema libera 113 kJ de calor para a vizinhança e realiza 39 kJ de trabalho na vozinhança. b) q = 1,62 kJ e w = - 874 kJ. c) O sistema absorve 63,5 kJ de trabalho da vizinhança. 6) Um sistema gasoso com 1,6 L, expande-se a temperatura constante para 5,4 L contra uma pressão de 3,7 atm. Durante o processo, o sistema absorve 5 kJ de calor. Calcule a variação da energia interna. Dado 1 L.atm = 101,3 J. Química Geral - Termodinâmica Reação endotérmica (absorvem calor) AB+ Calor A+B Exemplos: • Fotossíntese • Reações de decomposição • Fusão e ebulição • Cozimento de alimentos • Aula experimental Química Geral - Termodinâmica Reação endotérmica Análise Gráfica Entalpia (H) Caminho da Reação HR Reagentes ProdutosHP DH Assim, temos: HP > HR DH > 0 Química Geral - Termodinâmica Reação exotérmica (liberam calor) Exemplos: • Respiração animal • Reações de combustão • Congelamento e condensação da água • Aula experimental A + B AB + Calor Química Geral - Termodinâmica Reação exotérmica Análise Gráfica Entalpia (H) Caminho da Reação ReagentesHR ProdutosHP DH Assim, temos: HP < HR DH < 0 Química Geral - Termodinâmica 2ª. e 3ª. Leis da Termodinâmica Só DH não define se um processo é espontâneo. Entropia (DS) Grau de desordem Energia livre de Gibbs (DG) Porção útil de DH ΔG = ΔH - T . ΔS ΔS = Σ ΔSprodutos - Σ ΔSreagentes ΔG = Σ ΔGprodutos - Σ ΔGreagentes Química Geral - Termodinâmica 2ª. e 3ª. Leis da Termodinâmica Reação espontânea Diminuição de entalpia (−ΔH) Aumento de Entropia (+DS) Diminuição de Energia livre de Gibbs (−DG) ΔG = ΔH - T . ΔS Química Geral - Termodinâmica Energia Livre de Gibbs Exemplos: A combustão completa de 1,0 mol de metano, a 25°C e 1 atm, apresenta ∆H° = - 890,3 kJ/mol e ∆G° = - 818,0 kJ/mol. a) Essa reação é espontânea a 25°C? b) Essa reação é exotérmica ou endotérmica? Justifique sua resposta. Cinética Química Parte da Química que estuda a velocidade das reações e os fatores que a influenciam. Reações QuímicasRápidas Lentas Moderadas Cinética Química Quanto menor for a energia de ativação exigida, maior a velocidade da reação. Cinética Química Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação ❖ Temperatura Um aumento de temperatura aumenta a velocidade das reações químicas, pois há um incremento na energia cinética das moléculas Cinética Química Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação ❖ Concentração dos Reagentes Quanto maior a concentração de partículas dos reagentes, maior será o número de colisões efetivas e consequentemente maior a velocidade da reação. Cinética Química Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação ❖ Presença de Catalisador É uma substância que aumenta a velocidade da reação, diminuindo a energia de ativação para os reagentes atingirem o complexo ativado. No entanto eles não participam da formação do produto, sendo completamente regenerados no final. Cinética Química Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação ❖ Presença de Catalisador Sem catalisador Com catalisador Cinética Química Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação Exercício: Cite os fatores que influenciam a velocidade de uma reação e expliquecomo cada fator influencia a velocidade. Ânodo/Solução do ânodo//Solução do cátodo/Cátodo Células Galvânicas Cu(s) / Cu2+(aq) // Ag+(aq) / Ag(s) Ponte salina: completa o circuito e mantém o equilíbrio iônico Notação de pilha O potencial elétrico de uma pilha, também chamado de diferença de potencial (d.d.p.) ou força eletromotriz da pilha (f.e.m.), é calculado pela diferença entre o potencial de redução do catodo e o potencial de redução do anodo. Ecel = > E° - < E° Dados os potenciais elétricos padrão de redução dos eletrodos: Zn2+ (aq) + 2e- → Zn (s) E° = - 0,76 V Ni2+ (aq) + 2e- → Ni (s) E° = - 0,52 V Observa-se que o potencial padrão de redução do níquel (Ni) é maior que o potencial padrão de redução do zinco. Assim, o níquel será o catodo (sofrerá redução) e o zinco será o anodo (sofrerá oxidação). A ddp (ou fem) será dada por: E°cel = – 0,52 – (– 0,76) E°cel = – 0,52 + 0,76 = + 0,24V O sinal positivo indica que a reação da pilha é espontânea. Não existe pilha com potencial negativo. A partir das semirreações da pilha magnésio – ferro, determine: a) As semirreações do anodo e catodo; b) A equação geral da pilha; c) A diferença de potencial da pilha. Dados: Mg2+ + 2e- → Mg (s) E° = - 2,37 V Fe2+ + 2e- → Fe (s) E° = - 0,44 V A partir dos potenciais elétricos, verifica que o menor valor é do magnésio, logo, este será o polo negativo (anodo) da pilha (o que vai sofrer oxidação). Em consequência, o eletrodo de ferro tem o maior valor (catodo) e sofrerá redução. a) Semirreações: anodo: Mg (s) → Mg2+ + 2e- catodo: Fe2+ + 2e- → Fe (s) b) Equação global: Mg (s) + Fe2+ (aq) → Mg2+ (aq)+ Fe (s) c) D.d.p. da pilha: E° (maior potencial) – E° (menor potencial) ddp: – 0,44 – (– 2,37) ddp: – 0,44 + 2,37 = 1,93 V
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