Lista 1 - Larissa Jonaly Rodrigues

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS 
Materiais para a Indústria Química 
Professor Dr. Dereck Nills Ferreira Muche 
Aluna: Larissa Jonaly Rodrigues 
 RA: 754239 
 
 
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Lista de exercícios 1 – Ligações químicas 
 
1) Para as ligações primárias e secundárias, descreva: 
 a) A natureza das ligações químicas. 
 As ligações primárias são aquelas na quais os elétrons da camada de valência tomam 
parte na ligação. Neste caso, é a própria ligação que mantém a coesão entre os átomos de um 
material, são estas também que ligam os átomos para formar os compostos. Entre os tipos 
temos ligação iônica na qual ocorre atração entre cargas opostas, covalente na qual ocorre um 
compartilhamento de elétrons e metálica na qual os elétrons provenientes dos átomos do 
metal passam a rodear os cátions, formando um verdadeiro “mar de elétrons'' onde cada um 
dos elétrons presentes nesse mar possui capacidade de mover-se por meio do retículo 
cristalino do metal livremente. 
 Já as ligações secundárias, também conhecidas por força de Wan der Walls, são aquelas 
nas quais os elétrons da valência não participam diretamente da ligação, ou seja, a ligação 
ocorre por meio da atração de momentos dipolo elétricos. Entre os tipos temos a ligação 
dipolo permanente na qual existe uma assimetria elétrica na formação ocorrendo uma força 
eletrostática permanente, dipolo induzido na qual existe uma assimetria dos centros de carga 
por alguma fração do tempo e assim ocorre momentaneamente um dipolo elétrico induzido e 
forças de hidrogênio a qual é um caso particular das moléculas polares e ocorre quando um 
átomo de hidrogênio se une a um outro átomo de forte eletronegatividade. 
 b) Se são direcionais ou não-direcionais 
 Dentre as ligações primárias, a ligação iônica é classificada como não-direcional pois 
a atração coulombiana entre as cargas positivas e negativas faz com que gere interação mútua 
em todas as direções. Já a ligação covalente é direcional pois nesse caso o elétron fica ligado 
entre átomos específicos e em uma única direção. A última ligação primária, a ligação 
metálica é dita não-direcional devido à alta energia de ligação entre os átomos. As ligações 
secundárias são classificadas como direcionais. 
 
 2) Caracterize as ligações químicas (primárias e secundárias) presentes nos seguintes 
materiais: 
 a) Aço carbono: No aço carbono, a ligação entre o ferro e o carbono é uma ligação 
primária do tipo ligação metálica. 
 b) Garrafa PET: Na garrafa PET, as ligações majoritárias são as ligações primárias do 
tipo covalente entre os monômeros do polímero. No entanto, é importante ressaltar que 
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também existem ligações secundárias por meio das interações intermoleculares para formar 
a estrutura da garrafa (dipolo permanente). 
 c) Poliestireno: No poliestireno, as ligações majoritárias são as ligações primárias do 
tipo covalente entre os monômeros do polímero. No entanto, é importante ressaltar que 
também existem ligações secundárias o que podem ser constatadas devido a apolaridade da 
molécula (dipolo flutuante). 
 d) Ligas de alumínio: Nas ligas de alumínio, têm-se ligações primárias do tipo ligação 
metálica com caráter cristalino. 
 e) Ligas de Titânio: Nas ligas de titânio, têm-se ligações primárias do tipo ligação 
metálica. 
 f) Gás cloro: No gás cloro, as ligações são primárias do tipo ligação covalente apolar, 
além disso, devido a apolaridade da molécula (dipolo flutuante) também existem ligações 
secundárias. 
 g) Ferrugem: Na ferrugem, as ligações entre o ferro e o oxigênio são primárias do 
tipo ligação iônica. 
 h) Copo de vidro: No copo de vidro, as ligações são ligações primária do tipo ligação 
covalente lembrando que o vidro é composto por areia, calcário, barrilha (carbonato de 
sódio), alumina (óxido de alumínio) e corantes ou descorantes. Existem ligações secundárias 
do tipo dipolo permanentes. 
 
3) Em um mesmo gráfico, esboce as curvas de energia potencial de ligação e de força de 
ligação em função da distância interatômica do Cu, do Fe e da alumina (Al2O3). Para tal, 
considere as propriedades apresentadas na tabela abaixo: 
 
 Para a construção do gráfico de energia potencial de ligação foi levado em conta o 
comprimento de ligação, sendo assim, como o Al2O3 tem menor comprimento de ligação, 
seu gráfico fica mais perto do eixo y, seguido pelo Cu e depois pelo Fe. Quanto à altura, foi 
levado em conta o módulo elástico, por isso, a maior altura do gráfico de energia foi do Al2O3 
seguido pelo Fe e depois pelo Cu. 
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 Para a construção do gráfico de força de ligação, foi levado em conta o ponto de fusão, 
pois quer dizer que quanto maior o ponto de fusão maior a força de ligação do composto, por 
isso, a maior curva corresponde ao Al2O3 seguido pelo Fe e depois o Cu. 
 Com essa análise, foi possível construir o gráfico da Figura 1. 
Figura 1: Gráficos de energia potencial de ligação e de força de ligação em função da 
distância interatômica do Cu, do Fe e da alumina (Al2O3). 
 
Fonte: Elaborado pelo autor. 
 
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4) O Iodeto de potássio (KI) exibe qual porcentagem de ligação iônica? Forneça as 
distribuições eletrônicas de ambos íons, a distribuição eletrônica destes íons é semelhante à 
de qual(is) elemento(s) puro(s)? 
 O cálculo do caráter iônico, segundo Callister, é dada pela equação: 
Caráter iônico = (1 − exp[−(0,25)(Xa − Xb)2]) x100 
 Onde Xa e Xb são as eletronegatividades dos componentes a e b, sendo a o mais 
eletronegativo. 
 Temos que calcular o caráter iônico do iodeto de potássio (KI), sabendo que o 
iodo é o mais componente mais negativo, têm-se que esse será o componente a, logo, o 
potássio será o componente b. 
 Utilizando como base o apêndice do livro do Callister, encontra-se que a 
eletronegatividade do iodo é de 2,5 e do potássio de 0,8. Substituindo na equação acima, 
temos: 
Caráter iônico = (1 − exp[−(0,25)(2,5 − 0,8)2]) x100 
Caráter iônico = (1 − exp[−(0,25)(1,7)2]) x100 
Caráter iônico = (1 − exp[−0,7225) x100 
Caráter iônico = (1 − 0,4855)x100 
Caráter iônico = 0,51446x100 
Caráter iônico = 51,45% 
 Como o caráter iônico representa a porcentagem da ligação iônica, ela é dada em 
porcentagem (%). Assim, para o iodeto de potássio (KI), o caráter iônico é de 51,45%. 
A distribuição eletrônica dos elementos são: 
K -> 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 
K+ -> 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 
 A distribuição eletrônica do íon K+ é semelhante a configuração do argônio [Ar]. 
I -> 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p5 
I- -> 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 
 A distribuição eletrônica do íon I- é semelhante a configuração do xenônio [Xe]. 
 
5) Calcular o número de átomos em uma peça sólida cilíndrica de cobre com diâmetro de 
1µm e altura de 1µm. 
 Para começar, devemos calcular o volume total da peça sólida cilíndrica. Sabendo que o 
volume do cilindro é dado por: 
Vcilindro = π · r² · h 
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Onder: raio 
h: altura 
 Sabendo também que r = D/2, como foi dado que diâmetro é de 1 micrometro ou 10−6 
m, temos que o raio é de r = 0.5. 10−6m. 
 Substituindo na primeira equação e usando h dado de 10−6m: 
Vcilindro = π · (0.5. 10−6)² · 10−6 
Vcilindro = 7,8540. 10−19m³ = 7,8540. 10−13cm³ 
 Com conhecimentos de química e matemática, temos que, por meio densidade do cobre 
e com o volume da peça, pode-se determinar a massa de cobre do material. Já com a massa 
de cobre e a massa molar desse componente, encontra-se o número de mols e, em 
consequência, número de átomos. Assim, tendo que a densidade do cobre é de 8,96 g/cm³ e 
a massa molar é de 63,546 g/mol: 
densidade = 
massa
volume
 
 massa = densidade x volume = 8,96 g/cm3x 7,8540. 10−13cm³ 
 massa = 7,0362. 10−12 g 
 Sabendo que: 
número de mols = 
massa
massa molar
 
 
número de mols = 
 7,0362. 10−12 g
63,546
g
mol
 
número de mols = 1,1074. 10−13 mols 
 Sabendo que um mol tem 6,02 x1023 átomos, por uma regra de três simples, temos que 
a peça sólida cilíndrica fornecida possui 6,6666. 1010 átomos de cobre, aproximadamente, 
6,67. 1010 átomos de cobre. 
 
6) Um mol de MgO sólido ocupa um cubo de 22,37 mm de lado. Calcule a densidade do MgO 
(em g/cm3). Usando a densidade obtida, calcule a massa de um tijolo de MgO refratário 
(resistente à temperatura) com as dimensões 50 mm × 100 mm × 200 mm. 
 Para começar, devemos calcular o volume do cubo. Sabendo que o volume do cubo é 
dado por: 
Vcubo = a³ 
Onde a: aresta do cubo 
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Vcubo = (22,37) mm³ = 11194,3261 mm³ = 11,19 cm³ 
 É dito no enunciado que “Um mol de MgO sólido ocupa um cubo de 22,37 mm de lado”, 
isso quer dizer que podemos utilizar a fórmula: 
número de mols = 
massa
massa molar
 
Com número de mols igual a 1. 
 Para determinar a massa do MgO. A massa molar do MgO é de 24,31g/mol+15,99g/mol 
= 40,30 g/mol. Assim: 
massa = 1 mol x 40,30 g/mol 
massa = 40,30 g 
 Agora que temos massa e volume, pode-se calcular a densidade por: 
densidade = 
massa
volume
 
densidade = 
40,30g
11,19 cm³
 
densidade = 3,6014
g
cm3
≅ 3,60
g
cm3
 
 Para finalizar, temos que o volume é do refratário é de 
 Volume: 50 mm × 100 mm × 200 mm = 1000000 mm³ = 1000 cm³ 
 Assim, a massa do tijolo de MgO com a densidade encontrada é: 
massa = densidade x volume 
massa = 3,60
g
cm3
x 1000 cm³ 
 massa = 3600 g = 3,6 kg