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TABELA PERIÓDICA 1. Determine a porcentagem em massa de um metal, M, em um composto MCl3, cujo cátion desse metal apresenta a seguinte configuração eletrônica: [Kr]4d5. Qual dos seguintes conjuntos de números quânticos se refere ao elétron mais energético do estado fundamental do átomo M. Justifique sua resposta. (a) n = 4, l = 2, ml = 2 (b) n = 5, l = 0, ml = 0 (c) n = 4, l = 0, ml = 1 2. Identifique os íons que apresentam as seguintes configurações eletrônicas e discuta a respeito do caráter magnético desses íons. (a) X+ =1s2, 2s2, 2p6, 3s2 (b) Y2+ = [Ar]3d2 (c) Z- =1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6 3. O quadro abaixo ilustra as energias de ionização de elementos pertencentes a um mesmo período da tabela periódica. Baseado nas informações do quadro, responda: (a) O que explica a variação nos valores das energias de ionização? (b) Considerando a tendência periódica qual elemento deve ser o maior? Elemento 1° EI (kJ mol-1) 2° EI (kJ mol-1) 3° EI (kJ mol-1) A 735 1455 7730 B 1060 1890 2905 C 1255 2295 3850 4. Considere uma reação representada pelas esferas abaixo. Qual esfera representa um metal e qual esfera representa um ametal? Explique. Três elementos apresentam as seguintes configurações eletrônicas: 1s22s 22p63s2, 1s22s22p63s23p64s2 e 1s22s22p63s23p5. Os raios atômicos destes elementos são (não necessariamente nesta ordem) 99, 160 e 231 pm. Identifique os elementos e correlacione-os aos seus tamanhos. Justifique. LIGAÇÃO IÔNICA 5. A partir dos seguintes dados calcule a energia de rede para o óxido de sódio: 2 Na(s) + ½ O2(g)→ Na2O(s) ΔHf = -414 kJ mol-1 ΔHsub(Na) = 108 kJ mol-1; ΔHdiss(O2) = 498 kJ mol-1; 1ª EI (Na) = 496 kJ mol-1; 1ª AE (O) = -141 kJ mol-1; 2ª AE (O) = 790 kJ mol-1. 6. A partir dos seguintes dados calcule a afinidade eletrônica do cloro: Ca(s) + Cl2(g)→ CaCl2(s) ΔHf = -795 kJ mol-1 ΔHsub(Ca) = 178 kJ mol-1; ΔHdiss(Cl2) = 242 kJ mol-1; 1ª EI (Ca) =590 kJ mol-1; 2ª EI (Ca) = 1145 kJ mol-1; Energia de Rede (CaCl2) = - 2258 kJ mol-1. 7. Explique a tendência nas energias de rede dos óxidos de metais alcalino-terrosos. Óxido Energia de Rede (kJ mol-1) MgO -3795 CaO -3414 SnO -3217 BaO -3029 LIGAÇÃO COVALENTE 8. O flúor pode reagir tanto com nitrogênio (composto I) como com potássio (composto II). A partir da seguinte relação de percentual de flúor, Composto F (%) Ponto de Fusão (oC) I 80,3 -207 II 32,7 858 a) Determine as estruturas de Lewis dos dois compostos. b) Discuta o caráter das ligações dos dois compostos. 9. Quatro elementos arbitrariamente denominados A, B, C e D têm eletronegatividades 3,8; 3,3; 2,8 e 1,3, respectivamente. Coloque os compostos AB, AD, BD e AC em ordem crescente de caráter covalente. 10. O pentafluoreto de antimônio, SbF5, reage com XeF4 e com XeF6 para formar os compostos iônicos (XeF3+)(SbF6-) e (XeF5+)(SbF6-). Determine a geometria e a carga formal para cada um dos íons. 11. O composto com fórmula N2CO possui três isômeros cujos arranjos atômicos são: ONCN, ONNC e NOCN. Apresente as estruturas de Lewis para os três isômeros, indicando qual deles é o mais estável. Justifique. 12. O óxido de dinitrogênio, N2O, tem três estruturas possíveis. Desenhe as três estruturas e calcule a carga formal de cada átomo. Com base nas cargas formais e eletronegatividade, diga qual a estrutura de ressonância mais favorável. 13. A Figura abaixo mostra diferentes estruturas de Lewis para a molécula do SeO2. Baseado nas teorias de ligação química, assinale V ou F nas alternativas abaixo: ( ) A estrutura (3) é a única que não pode ser usada para representar a molécula SeO2. ( ) Os ângulos de ligação O-Se-O na molécula de SeO2 são maiores que 120°. ( ) As geometrias para as moléculas de SeO2 e H2Se são angulares, no entanto, os ângulos de ligações são de aproximadamente, 120° e 109,5° para SeO2 e H2Se, respectivamente. ( ) A hibridização do Se nas moléculas SeO2 e H2Se são sp2 e sp3, respectivamente. ( ) As moléculas SeO2 e H2Se são polares e apresentam geometria semelhante à da água. 14. Um composto gasoso apresenta a seguinte composição percentual: C = 25,0%; H = 2,1%; F = 39,6%; O = 33,3%, e massa molar de 48 g mol-1. a) Apresente a estrutura de Lewis desse composto. b) Determine geometria molecular desse composto. Química Geral para Engenharia 2020 2a Lista de Exercícios Unidades – TABELA PERIÓDICA E LIGAÇÕES QUÍMICAS 15. Um composto de fórmula XF5 contém 42,81% de F. a) Identifique o elemento X. b) Desenhe a estrutura de Lewis. c) Descreva a geometria do composto e os ângulos de ligação previstos. d) Informe a polaridade das ligações e do composto. 16.Dados os compostos apresentados abaixo informe: I) Estrutura de Lewis com carga formal; II) tipo de ligação; III) sua geometria; IV) polaridade; V) Hibridização do átomo sublinhado; VI) Previsão do ângulo de ligação VII) solubilidade em solvente polar: a) XeO2F2 b) SO2 c) POCl3 d) SO3 d) BBr3 e) ICl41– f) SnF31– g) BrF3 h) BrF5 i) COCl2 j) NH3 l) H2O m) PCl4+ n) IF5 o) XeF4 p) SF5– q) CO32- 17. Muitos compostos importantes na indústria química são derivados do etileno (C2H4). Dois desses compostos são a acrilonitrila e o metil metacrilato: Complete a estrutura de Lewis para essas moléculas, informe os ângulos indicados de “a” a “f” e a hibridização de cada átomo de carbono. 18. Associe a cada substância em HCl (HCl, HBr ou HI) a respectiva energia de ligação e justifique sua resposta: Energia de ligação (kJ/mol) 299 366 431 19. Preencha a tabela a seguir justificando suas respostas: C o m p o st o G ru p o P ar es d e e lé tr o n s liv re s G eo m et ri a H ib ri d iz aç ão P o la ri d ad e XF4 16 polar XCl2 3 XCl5 Bipiramide trigonal XCl4 – 17 20. Qual das seguintes espécies tem a maior energia de ionização? N2 O2 N22- O2+ 21. Ordene em tamanho crescente, as seguintes espécies, em relação ao comprimento da ligação C-O: CO, CO2, CO32- e CH3OH. 22. O comprimento da ligação da molécula CF é 1,29 Å, enquanto para o íon molecular CF+ é 1,17 Å. Explique esta diferença nos comprimentos de ligação utilizando o diagrama de orbitais moleculares. Discuta o caráter magnético de ambas as espécies. 23. A Teoria do Orbital Molecular permite prever a existência de uma espécie e até mesmo de algumas de suas propriedades. H2 e He2+ são espécies conhecidas e cujas existências são previstas pela Teoria do Orbital Molecular. Como base nesta teoria, é correto afirmar que: (a) A ordem de ligação da molécula de H2 é menor que a da espécie He2+. (b) A estabilidade da espécie He2+ é menor que a da molécula de H2. (c) O comprimento de ligação da espécie He2+ é menor que o da molécula de H2. (d) A energia de ligação da molécula de H2 é menor que a da espécie He2+. (e) A energia necessária para a remoção de um elétron na espécie He2+ é maior que a da molécula de H2. 24. Explique utilizando a TOM, porque o He2 não existe e o H2 sim. Porque Li2 existe e Be2 não. Qual a ordem de ligação de O2+ e C2+. Quais dessas espécies são paramagnéticas? 25. Quando o potássio e o oxigênio reagem, um dos produtos obtidos é o superóxido de potássio, KO2. O ânion desse composto é o íon superóxido, O2-. Apresente o diagrama de energia dos orbitais moleculares para este íon e, então, faça uma comparação com a molécula de O2 com relação aos seguintes critérios: A) Caráter magnético. B) Ordem de ligação. C) Comprimento de ligação 26. Carbeto de cálcio, CaC2, é um composto iônico formado pelos íons, Ca2+ e C22-. Escreva o diagrama de orbital molecular para o íon C22- e determine a ordem de ligação para a ligação C-C no íon. 27. Utilizando a teoria do orbital molecular, indique qual substância entre cada um dos seguintes paresapresenta maior afinidade para ganhar um elétron. Justifique sua resposta. a) CN ou NO. b) O22+ ou N22+. TEORIA DAS BANDAS DE ENERGIA E CONDUTIVIDADE 28. A figura a seguir representa o diagrama de bandas para quatro materiais: Cdiamante, Si*, Sn e Si dopado com Al. a) Associe cada diagrama a cada material e justifique. b) Ordene os quatro materiais em ordem crescente da capacidade de condução de eletricidade e explique. c) A dopagem do Si com Al gera que tipo de semicondutor? 29. As duas figuras a seguir representam diagramas de níveis energéticos para dois tipos diferentes de diodos. Um deles emite luz vermelha (694 nm) e o outro luz azul (488 nm). Qual deles emite luz vermelha e qual emite luz azul? Justifique sua resposta. 30. Qual o valor de Band Gap necessário para um LED produzir luz azul com comprimento de onda de 470 nm? 31. Arseneto de gálio é um semicondutor comum. Esse material se torna um condutor quando é irradiado com luz na região do infravermelho cuja frequência é de 3,43 x 1014 s-1. Calcule o gap da banda de condução do GaAs em kJ/mol. 32. Explique os diferentes valores das energias de “band gap” para os semicondutores GaAs (λ = 890 nm) e GaP (λ = 540 nm). 33. O semicondutor GaP deve apresentar energia de band gap maior ou menor que o ZnS? E em relação do GaN? Justifique. 34. Os valores de band gap das soluções sólidas de GaAs1-xPx variam com a concentração de x conforme é mostrado no gráfico abaixo. Supondo que o comprimento de onda da luz emitida das soluções sólidas é de aproximadamente igual ao da energia de band gap, determine o valor de x e a composição do composto (isto é, a fórmula mínima do semicondutor) para se obter emissão em 752 nm a partir de um LED deste material. 35. Os semicondutores GaAs e GaP apresentam estruturas sólidas semelhantes (tipo blenda de zinco) e constituem a base para combinação de uma série de soluções sólidas simbolizadas por GaPxAs1-x (0≤x≤1). Baseado nas propriedades periódicas dos elementos que os constituem responda: a) Para o valor de x = 0,2 o “band gap” é de aproximadamente 1.7 eV, determine o comprimento de onda da luz que deveria ser emitida de um LED (light-emmiting diode) preparado com esse tipo de sólido. b) Para obter LEDs que emitem luz de coloração azul (aproximadamente 450 nm) os valores de x para o sólido GaPxAs1-x devem aumentar ou diminuir em relação ao LED descrito no item (a). 36. Uma junção p-n é preparada a partir de GaAs dopado primeiramente com Se (Se substituindo o As) e em seguida o sólido é aquecido em atmosfera de Zn, o qual substitui o Ga. A fórmula para os sólidos, semicondutores, seria GaAs1-xSex e Ga1-xAsZnx. Desenhe o diagrama de bandas para um metal e para cada um dos dois semicondutores. Classifique os semicondutores quanto as tipos “p” ou “n”.
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