Aula 6 - Transquim

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Fórmulas, moléculas e íons
	6
	De todos os elementos, apenas os gases nobres existem na natureza como átomos isolados. A maior parte da matéria é composta por moléculas ou íons formados por átomos. Uma molécula é um agregado de pelo menos dois átomos ligados por forças químicas. Ela pode conter átomos do mesmo elemento químico, ou de átomos diferentes unidos numa razão fixa, de acordo com a lei das proporções definidas.
Um íon é um átomo ou grupo de átomos que tem cargas positiva ou negativa. A perda de um ou mais elétrons origina um cátion, ou seja um íon com carga positiva. Por outro lado, um ânion é um íon com carga negativa, devido ao aumento no número de elétrons.
6.1 De acordo com o texto acima preencha a tabela
	Átomo de Na
	Íon Na+
	Átomo de Cl
	Íon Cl-
	11 prótons
	
	17 prótons
	
	11 elétrons
	
	17 elétrons
	
6.2 A união do íon Na+ com o íon Cl- forma qual composto químico?
6.3 Determine o número de prótons e de elétrons dos seguintes íons: (a) P3- e (b) Ti4+
	Um átomo pode perder ou ganhar mais de um elétron. O quadro abaixo mostra alguns íons monoatômicos comuns dispostos de acordo com a sua posição na Tabela Periódica.
	1
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	18
	
	2
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	13
	14
	15
	16
	17
	
	Li+
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	C4-
	N3-
	O2-
	F-
	
	Na+
	Mg2+
	3
	4
	5
	6
	7
	8
	9
	10
	11
	12
	Al3+
	
	P3-
	S2-
	Cl-
	
	K+
	Ca2+
	
	
	
	Cr2+
Cr3+
	Mn2+
Mn3+
	Fe2+
Fe3+
	Co2+
Co3+
	Ni2+
Ni3+
	Cu+
Cu2+
	Zn2+
	
	
	
	Se2-
	Br-
	
	Rb+
	Sr2+
	
	
	
	
	
	
	
	
	Ag+
	Cd2+
	
	
	
	Te2-
	I-
	
	Cs+
	Ba2+
	
	
	
	
	
	
	
	
	Au+
Au3+
	Hg22+
Hg2+
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
Em linhas gerais os metais formam cátions e os não-metais formam ânions. O nome dos cátions é o nome do elemento acrescido da palavra “íon” e da carga quando diferente de 1. O nome do ânion é modificado pelo sufixo “eto”. Por exemplo: Na+ íon sódio e Cu2+ íon cobre (II).
O número de oxidação que os átomos adquire num composto depende da diferença de eletronegatividade entre eles, bem como, das propriedades atômicas específicas e, por isso, não existe uma regra estabelecida. Mesmo assim, é possível observar algumas tendências na tabela periódica, como por exemplo: os metais alcalinos formam cátions monovalentes, os alcalinos terrosos cátions bivalentes, os halogênios formam ânions monovalentes e os calcogênios ânions bivalentes, bem como os metais de transição que são capazes de formar dois ou mais diferentes cátions monoatômicos.
Os íons podem também ser poliatômicos, constituídos por dois ou mais átomos (Tabela 6.1). Neste caso, a carga não é atribuída a um único átomo, mas de todo o íon poliatômico. A atribuição do nome de uma composto iônico é bastante simples desde que se reconheçam os cátions e ânions na fórmula química. Esta tarefa pode ser uma pouco mais trabalhosa quando há presença de dois ou mais cátions ou ânions na fórmula química. De qualquer maneira, deve-se partir da premissa que todo composto é eletricamente neutro e, para atribuir seu nome, o primeiro passo sempre será reconhecer os cátions e ânions do composto.
Tabela 6.1. Lista com símbolos e nomes de ânions e cátions comum.
	TABELA DE ÂNIONS
	
	
	TABELA DE CÁTIONS
	HALOGÊNIOS
	
	
	
	MONOVALENTES
	
	F-
	Fluoreto
	
	
	Li+
	Íon Lítio
	Cl-
	Cloreto
	
	
	Na+
	Íon Sódio
	Br-
	Brometo
	
	
	K+
	Íon Potássio
	I-
	Iodeto
	
	
	Rb+
	Íon Rubídio
	ClO-
	Hipoclorito
	
	
	Cs+
	Íon Césio
	ClO2-
	Clorito
	
	
	Ag+
	Íon Prata
	ClO3-
	Clorato
	
	
	Cu+
	Íon Cobre(I) ou (cuproso)
	ClO4-
	Perclorato
	
	
	Au+
	Íon Ouro (I)
	BrO-
	Hipobromito
	
	
	NH4+
	Íon Amônio
	BrO3-
	Bromato
	
	
	Hg22+
	Íon Mercúrio(I)
	IO-
	Hipoiodito
	
	
	BIVALENTES
	
	IO3-
	Iodato
	
	
	Be2+
	Íon Berílio
	IO4-
	Periodato
	
	
	Mg2+
	Íon Magnésio
	CARBONO
	
	
	
	Ca2+
	Íon Cálcio
	CN-
	Cianeto
	
	
	Sr2+
	Íon Estrôncio
	CNO-
	Cianeto
	
	
	Zn2+
	Íon Zinco
	CNS-
	Tiocianato
	
	
	Cd2+
	Íon Cádmio
	CH3CO2-
	Acetato
	
	
	Cu2+
	Íon Cobre(II) ou (cúprico)
	CO32-
	Carbonato
	
	
	Hg2+
	Íon Mercúrio (II)
	HCO3-
	Hidrogenocarbonato
	
	
	Fe2+
	Íon Ferro(II) ou (ferroso)
	HCO2-
	Formato
	
	
	Co2+
	Íon Cobalto
	C2O42-
	Oxalato
	
	
	Ni2+
	Íon Níquel (II)
	[Fe(CN)6]3-
	Ferricianeto
	
	
	Mn2+
	Íon Manganês
	[Fe(CN)6]4-
	Ferrocianeto
	
	
	Sn2+
	Íon Estanho
	C22-
	Dicarbeto/acetileto
	
	
	Pb2+
	Íon Chumbo(II)
	C4-
	Carbeto/metileto
	
	
	Pt2+
	Íon Platina(II)
	NITROGÊNIO
	
	
	
	TRIVALENTES
	
	NO2-
	Nitrito
	
	
	Al3+
	Íon Alumínio
	NO3-
	Nitrato
	
	
	Bi3+
	Íon Bismuto
	N3-
	Azida
	
	
	Au3+
	Íon Ouro (III)
	N3-
	Nitreto
	
	
	Fe3+
	Íon Ferro(III) ou (férrico)
	FÓSFORO
	
	
	
	Co3+
	Íon Cobalto
	PO3-
	Metafosfato
	
	
	Ni3+
	Íon Níquel (III)
	H2PO2-
	Hipofosfito
	
	
	Cr3+
	Íon Cromo (III)
	HPO32-
	Fosfito
	
	
	TETRAVALENTES
	
	PO43-
	Ortofosfato
	
	
	Sn4+
	Íon Estanho(IV)
	P3-
	Fosfeto
	
	
	Pb4+
	Íon Chumbo(IV)
	P2O74-
	Pirofosfato
	
	
	Ti4+
	Titânio(IV)
	P2O64-
	Hipofosfato
	
	
	Pt4+
	Íon Platina(IV)
	ENXOFRE
	
	
	
	OUTROS
	S2-
	Sulfeto
	
	
	Te2- Telurieto
	SO42-
	Sulfato
	
	
	CrO42-
	Cromato
	SO32-
	Sulfito
	
	
	Cr2O72-
	Dicromato
	S2O32-
	Tiossulfato
	
	
	AsO33-
	Ortoarsenito
	S2O82-
	Persulfato
	
	
	AsO43-
	Arsenato
	S4O62-
	Tetrationato
	
	
	BO33-
	Borato
	SCN-
	Tiocianato
	
	
	[B4O5(OH)4]2-
	Tetraborato
	OUTROS
	
	
	
	H-
	Hidreto
	MnO4-
	Permanganeto
	
	
	O2-
	Óxido
	MnO42-
	Manganato
	
	
	O22-
	Peróxido
	MnO32-
	Manganito
	
	
	Si4-
	Silicieto
	OH-
	Hidróxido
	
	
	Se2-
	Selenieto
Fórmula e estrutura química
Existe uma série de maneiras diferentes para expressar um composto químico. Você pode usar seu nome químico, sua fórmula química, sua estrutura química, entre outros. A fórmula química contém mais informações sobre o composto químico do que o seu nome. Ela fornece informações adicionais, como os átomos que compõem o composto químico particular.
6.4. O que é uma fórmula química? Dê exemplos.
6.5. O que significa S8? Como ele difere de 8S?
A fórmula química é uma representação simbólica que indica o número e o tipo de átomos que constituem uma substância. Ela fornece informações úteis para os químicos, sobre a substância que ela representa. Por exemplo, na fórmula do ácido sulfúrico, H2SO4, aparecem letras e número. As letras representam os elementos químicos que se unem para formar a molécula de ácido sulfúrico. Os números subscrito é chamado de índice e indica a quantidade de átomos do elemento presente em cada molécula. Para o ácido sulfúrico, H2SO4, significa que cada molécula de ácido é constituída por dois átomos de hidrogênio e um átomo de enxofre e quatro átomos de oxigênio. É interessante notar que o número 1 é omitido na fórmula. 
6.6 Marque com um X as representações corretas de uma fórmula química, no caso das erradas corrija-as e em seguida escreva o nome de cada substância.
	 
	Fórmula
corrigida
	Nome
	
	
	Fórmula
corrigida
	Nome
	(  ) H2O
	________
	_________________
	
	(  ) O2 
	________
	_________________
	(  ) Al2O3
	________
	_________________
	
	(  ) H2O2
	________
	_________________
	(  ) S8
	________
	_________________
	
	(  ) CH4 
	________
	_________________
	(  ) ClNa
	________
	_________________
	
	(  ) CACO3
	________
	_________________
	(  ) HCl
	________
	_________________
	
	(  ) NI 
	________
	_________________
	(  ) PCL3
	________
	_________________
	
	(   ) NH3
	________
	_________________
	
	
	
	
	
	
	
A fórmula química não fornece a ordem em que os átomos se ligam, se estão agrupados em unidades discretas (moléculas) ou em estruturas estendidas no espaço bi- ou tridimensional, como é o caso de sólidos iônicos, metálicos e moleculares. Apesar de expressar o número de átomos, a fórmula química é considerada um conceito macroscópico, uma vez que é determinada experimentalmente. Aspectos microscópicos da composição de um compostos ou molécula é fornecida pela estrutura química, enquanto para estruturas estendidas é fornecida pela estrutura cristalina. 
6.7 Complete o quadro a seguir com as visões macroscópicas das seguintes substâncias.Nome
	Microscópico (estrutura química)
	Macroscópica (fórmula química)
	Cloreto de césio
	
	
	Éter dimetílico
	
	
A estrutura química revela a localização relativa de cada átomo na molécula e sua conectividade. Ela pode ser representada de diferentes formas, sendo a fórmula estrutural uma das mais uteis em química. Ao contrário das fórmulas químicas, que se limitam ao número e ao tipo de átomos que constituem uma substância, as fórmulas estruturais fornecem uma representação geométrica completa da estrutura molecular. Por exemplo, o etanol e o éter etílico que possuem a mesma fórmula química, têm arranjos tridimensional de átomos totalmente diferentes, o que é destacado nas diferenças nas suas propriedades.
A fórmula estrutural tem muito valor no estudo da química, em especial na química orgânica, uma vez que permite avaliar diversas propriedades químicas e físicas das moléculas, como: polaridade, reatividade, cor, magnetismo, bem como a atividade biológica.
A necessidade de uma representação mais compacta, leva ao uso da fórmula química condensada que oferece algumas informações estruturais, sem a necessidade de desenhar toda a molécula. Por exemplo, a fórmula condensada do etanol é, CH3CH2OH, que indica partes importantes da molécula, como um grupo CH3, um grupo CH2 e um grupo OH que classifica-o na famílias dos álcoois. O éter dimetílico, CH3OCH3, com dois grupo CH3 entre um oxigênio éter, classifica-o na família dos éteres.
	A Figura 6.1 apresenta as fórmulas moleculares e estruturais e os modelos moleculares de quatro substâncias comuns.
Figura 6.1. Fórmula moleculares e estruturais. Fonte: Chang e Goldsby, 2013.
As estruturas cristalinas, por outro lado, são arranjos organizados bi- ou tridimencionais de espécies químicas (átomos, moléculas ou íons) que se repetem  no espaço. Não são formadas por moléculas discretas com fórmulas estruturais definidas, mas por uma rede infinita de unidades, como por exemplo o NaCl. Por isso, a composição desses materiais são invariavelmente descritas pela fórmula empírica, que fornece a menor relação de proporção entre os elementos químicos desses compostos. 
6.8. Escreva a fórmula química das substâncias representadas a seguir:
	
Cloreto de sódio _________
	
Sulfato de cobre __________
	
Ferro ______________
	
Óxido de cálcio ___________
O sulfato de cobre, cloreto sódio e óxido de cálcio são formados por dois ou mais átomos diferentes. Já o ferro, é formado pelo mesmo átomo. Diz-se então que o ferro é uma substância simples, já que é formado pela união de átomos quimicamente iguais. O sulfato de cobre, cloreto de sódio e óxido de cálcio são substâncias compostas, pois são formadas pela união de átomos diferentes. Portanto, uma substância pode ser simples, quando é formada por apenas um tipo de átomo, ou composta, quando em sua fórmula química há mais de um tipo de átomo ou de íon.
6.9. A partir dessa definição, é possível prever quais tipos de substâncias, simples ou compostas, são as mais abundantes? Explique e dê exemplos.
No entanto, alguns elementos não-metálicos formam mais de um tipo de substância simples, como por exemplo o O2 (oxigênio gasoso) e o O3 (ozônio) que são formas alotrópicas do oxigênio.
6.10 O que é alotropia e cite outros exemplos de substâncias alótropas.
6.10 Preencha o quadro abaixo com o número das substâncias simples, compostas ou misturas: 
1. ozônio; 2. dióxido de carbono; 3. tricloreto de ferro(III); 4. dicloreto de cobre(II); 5. cloreto de prata; 6. Nitrogênio gasoso; 7. diamante; 8. sacarose; 9. aço; 10. iodo; 11. carbonato de cálcio; 12. ferro; 13. alumínio; 14. Quartzo; 15. ar atmosférico. 
	Substância Simples
	Substância Composta
	Misturas
	
	
	
6.11 Dentre as substâncias compostas na questão anterior qual(is) é(são) considera(s) molécula(s)?
Neste momento, podemos definir molécula como um conjunto de átomos que têm uma composição fixa, estrutura e propriedades distintas, sendo eletricamente neutra que possui pelo menos dois átomos ou uma unidade discreta, todos ligados entre si por ligação covalente. Isto exclui todos os metais, que se constituem por inúmeros átomos de um único elemento todos ligados entre si por ligação metálica e também todas as substâncias como o sal de cozinha, cujos átomos ligam-se por ligação iônica formando um agregado iônico tridimensional e não moléculas.
Apesar do conceito de molécula aparecer em meados do século XVII, com os trabalhos de Robert Boyle, somente em 1905, quando Albert Einstein mostrou que o movimento browniano (deslocamento aleatório de partículas em suspensão num meio fluido), estava diretamente relacionado à colisões de partículas do tamanho de moléculas, que o conceito de molécula foi melhor abstraído. Contudo, só mais recentemente, em 2009, que a equipe de cientistas da IBM Suíça liderada pelo pesquisador Leo Gross conseguiu a  primeira imagem de uma molécula real, usando a técnica de microscopia de força atômica. A técnica permitiu o registro da imagem da molécula de pentaceno imobilizada numa superfície resfriada próximo do zero absoluto (L. Gross, F. Mohn, N. Moll, P. Liljeroth e G. Meyer, The Chemical Structure of a Molecule Resolved by Atomic Force Microscopy, Science (2009), 325 (5944), 1110-1114; DOI: 10.1126/science.1176210)
Fórmula de Compostos Iônicos
	As fórmulas dos compostos iônicos são em geral as mesmas fórmulas empíricas ou mínimas, porque estes não são formados por unidades moleculares e sim por agregados de íons. Para que um composto iônico seja eletricamente neutro, a soma da carga do cátion e do ânion deve ser zero.
	Se as cargas forem numericamente diferentes, aplicamos a seguinte regra: “o índice do cátion é numericamente igual a carga do ânion, e o índice do ânion é numericamente igual a carga do cátion”.
6.12. Com base nas cargas esperadas para os íons monoatômicos, dê as fórmulas químicas de cada um dos seguintes compostos:
	cloreto de alumínio
	fluoreto de bário
	óxido de cálcio
	sulfeto de sódio
	nitreto de lítio
	
	
	
	
	
6.13. Determine a fórmula unitária, o nome e se eles são solúveis ou insolúveis dos seguintes compostos iônicos formados entre os seguinte metais e não metais:
	Li e F
	Ca e Cl
	Mg e O
	K e S
	Mg e N
	
	
	
	
	
6.14. Escreva as fórmulas (unitária ou molecular) dos seguintes compostos:
	sulfato de cromo(III)
	carbonato de ferro(II)
	cianeto de sódio
	nitrato de bário
	hipoclorito de sódio
	
	
	
	
	
Fórmula de Compostos Moleculares
	Ao contrário dos compostos iônicos, os moleculares contêm unidades discretas de moléculas. Eles são formados por elementos não metálicos e geralmente são bivalentes. A nomenclatura é semelhante aos iônicos, ou seja, o segundo elemento é lido primeiro, com uma terminação adequada, e depois o primeiro elemento. Para diferenciar compostos moleculares formados pelos mesmos átomos, mas em quantidade diferente, utiliza-se os prefixos gregos (mono, di, tri, tetra, penta, hexa, hepta, octa, nona, deca). No entanto, o prefixo grego mono pode ser omitido para o segundo elemento, por exemplo, PCl3 é chamado de tricloreto de fósforo. Nos óxidos pode ser omitido a letra “a” do prefixo, por exemplo, N2O4 pode ser chamado de tetróxido de dinitrogênio em vez de tetraóxido de dinitrogênio.
6.14. Complete o quadro a seguir com o nome do composto
	Composto
	Nome
	Composto
	Nome
	HCl
	
	CO2
	
	HBr
	
	SO3
	
	SiC
	
	NO2
	
	Co
	
	SiCl4