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Livro do Professor Química Volume 2 ©Editora Positivo Ltda., 2015 Dados Internacionais para Catalogação na Publicação (CIP) (Maria Teresa A. Gonzati / CRB 9-1584 / Curitiba, PR, Brasil) B333 Batista, Fábio Roberto. Química : ensino médio / Fábio Roberto Batista ; ilustrações André Müller ... [ et al. ]. – Curitiba : Positivo, 2015. v. 2 : il. Sistema Positivo de Ensino ISBN 978-85-385-9441-3 (Livro do aluno) ISBN 978-85-385-9442-0 (Livro do professor) 1. Química. 2. Ensino médio – Currículos. I. Müller, André. II. Título. CDD 373.33 Presidente: Ruben Formighieri Diretor-Geral: Emerson Walter dos Santos Diretor Editorial: Joseph Razouk Junior Gerente Editorial: Júlio Röcker Neto Gerente de Arte e Iconografia: Cláudio Espósito Godoy Autoria: Fábio Roberto Batista Supervisão Editorial: Jeferson Freitas Edição de Conteúdo: Milena dos Passos Lima (Coord.) e Gabriela Ido Sabino Edição de Texto: Juliana Milani Revisão: Chisato Watanabe Supervisão de Arte: Elvira Fogaça Cilka Edição de Arte: Angela Giseli de Souza Projeto Gráfico: YAN Comunicação Ícones: ©Shutterstock/ericlefrancais, ©Shutterstock/Goritza, ©Shutterstock/Lightspring, ©Shutterstock/Chalermpol, ©Shutterstock/Macrovector, e ©Shutterstock/Blinka Imagens de Abertura: LatinStock/Akg-Images e ©Shutterstock/Dragon Images Editoração: Studio Layout Ltda. Ilustrações: André Müller, DKO Estúdio, Jack Art e Marcos Gomes Pesquisa Iconográfica: Janine Perucci (Supervisão) e Marina G. 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As ilustrações, diagramas e figuras contribuem para a construção correta dos conceitos e estimulam um envolvimento ativo com temas de estudo. Sendo assim, fique atento aos seguintes ícones: Fora de escala numéricaFormas em proporçãoColoração artificial Imagem ampliadaImagem microscópicaColoração semelhante ao natural Representação artísticaEscala numéricaFora de proporção Acesse o livro digital e conheça os objetos digitais e slides deste volume. 4 Tabela periódica do s elementos químico s 03 Da mesma forma que a organização dos acervos em uma biblioteca é importante para quem a frequenta, a orga- nização dos elementos químicos é fundamental para alunos e profissionais que fazem uso da Química. Por isso, os elementos são reunidos em uma tabela que os dispõem de acordo com suas características e propriedades. 1. Será que é necessário memorizar a tabela periódica? 2. Qual é a vantagem de reunir todos os elementos conhecidos em uma tabela? 3. Por que a tabela dos elementos químicos é conhecida como periódica? Tyba/Alex Larbac f ã é f Ponto de partida 1 555 Em 1800, já eram conhecidos mais de 30 elementos químicos e a tendência era de que esse número aumentasse rapidamente, em virtude do desenvolvimento tecnológico e industrial. Com essa previsão, os cientistas se preocuparam em desenvolver formas de agrupar e organi- zar todo o conhecimento adquirido a respeito dos elementos até então descobertos. Várias tentativas foram realizadas com o intuito de tornar as semelhanças e as tendências dos elementos mais evidentes, contudo atribuiu-se maior importância ao trabalho do russo Dimitri Ivanovitch Mendeleiev (1834-1907), que, no ano de 1869, concluiu que as proprie- dades dos elementos se repetiam com regularidade em função de suas massas atômicas. Mendeleiev recolheu informações sobre os 63 elementos conhecidos na época e organizou-os em linhas verticais e em ordem crescente de suas massas atômicas, com o cuidado de colocar na mesma coluna os elementos com pro- priedades químicas semelhantes. Porém, o número de elementos conhecidos até então não era suficiente para que o químico preenchesse todos os espaços previstos de sua tabela, obrigando-o a deixar alguns vazios. Esses espaços vazios, segundo Mendeleiev, seriam mais tarde ocupados por elementos até então desconhecidos. Naquela época, somente as massas atômicas eram conhecidas. Apenas em 1913, Henry Moseley estabeleceu o conceito de número atômico. Mendeleiev Primeira tabela periódica de Mendeleiev, apresentada em 1869 na Sociedade Química Russa. La tin St oc k/ RI A N ov os ti Objetivos da unidade: obter dados a respeito dos elementos químicos pormeio da consulta à tabela periódica; indicar a posição de determinado elemento químico na tabela periódica com base em seu número atômico ou em sua configuração eletrônica; diferenciar, com base na configuração eletrônica, um elemento representativo de um ele- mento de transição; reconhecer que os elementos químicos estão agrupados na tabela periódica de modo que é possível prever algumas de suas propriedades; conhecer as principais características dos metais, semimetais e não metais; reconhecer algumas aplicações dos elementos no dia a dia. © G lo w im ag es /A n n R on an P ic tu re s 6 Volume 2 As contribuições da tabela de Mendeleiev facilitaram o trabalho de descoberta e futura classificação de novos elementos químicos. Durante os 40 anos seguintes, os químicos continuaram a alterar a tabela, acrescentando colunas e reorganizando os elementos. No entanto, ainda havia algumas falhas na organização que não eram bem compreen- didas pela comunidade científica. Conforme os estudos sobre a estrutura da matéria avançavam, surgiam novas tentativas para ordenar os elementos químicos. Faça uma pesquisa sobre as principais propostas de classificação e organização dos elementos que antece- deram ao trabalho de Mendeleiev. Ordenação e classificação dos elementos químicos Entre 1913 e 1914, o inglês Henry Moseley (1887-1915) conseguiu corrigir algumas irregularidades observadas por Mendeleiev. Para isso, transpôs a questão da Química para a Física, equacionando a carga nuclear positiva com o número atômico. Dessa forma, propôs que as propriedades químicas de cada elemento não eram determinadas pela massa atômica, mas pelo número de prótons, ou seja, seu número atômico. Quando os elementos são listados sequencialmente, em ordem crescente de número atômico, é possível observar uma regularidade periódica em suas propriedades. Essa repetição, conhecida por Lei Periódica, é a base da estrutura da tabela. 3 Mais informações sobre a organização dos elementos químicos. Com base na periodicidade, foi proposta uma tabela, na qual: • os elementos químicos estão dispostos em ordem crescente de número atômico (Z); • é formada por 7 linhas (horizontais) e 18 colunas (verticais). í Comente que naquela época poucos cientistas acreditavam na existência do núcleo atômico e foi o trabalho de Moseley que forneceu a primeira confirmação disso. Tabela periódica atual 2 Sugestão de resposta para a Pesquisa. A existência de novos elementos químicos foi confirmada pela IUPAC em 4 de janeiro de 2016. Os elementos 113, 115, 117 e 118, que completam a sétima linha da tabela periódica, foram batizados por seus descobridores de nihonium (Nh), moscovium (Mc), tennessine (Ts) e oganesson (Og), respectivamente. periodicidade: característica de acontecimentos ou situações que se repetem com determinada continuidade. Na tabela periódica, a periodicidade é a frequência com que as propriedades químicas dos elementos se repetem. Química 7 A tabela periódica ordena e agrupa os elementos conforme determinadas características, permitindo aos cientistas preverem inúmeras propriedades e reações. Nessa tabela, cada elemento é representado por características específicas como: símbolo, nome, número atômico, massa atômica, número de elétrons nas camadas, estado físico mais comum, entre outras, conforme indicados na legenda. Em homenagem a Mendeleiev, o elemento químico artificial identificado em 1955 com o número atômico igual a 101 foi batizado de mendelévio (símbolo Md). Períodos e grupos Como citado anteriormente, na tabela periódica os elementos são organizados em ordem crescente de número atômico, da esquerda para a direita, sendo dispostos em linhas e colunas. As colunas são chamadas de grupos, numeradas de 1 a 18, conforme recomendação da União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) no final da década de 1980. Antes disso, os grupos eram também conhecidos por família e identificados por um algarismo romano, seguido das letras A e B, por exemplo, IA, VIIA e IIB. Frequentemente, também é utilizada a numeração 1A, 7A e 2B. Essas letras estão relacionadas à posição do elétron no subnível mais energético. Oriente os alunos a respeito da importância da tabela periódica e treine com eles como manuseá-la, selecionando oralmente determinado elemento para que indiquem seu número atômico, sua massa, seu número de camadas e quantos elétrons há na última camada, por exemplo. Um grupo é caracterizado por apresentar elementos com propriedades químicas semelhantes. As linhas horizontais são chamadas de períodos e estão diretamente relacionadas com o número de camadas existentes ao redor do núcleo. Há um total de sete períodos e cada um deles corresponde a uma linha. Segundo a IUPAC, existem laboratórios que já estão trabalhando em pesquisas para sintetizar elementos que vão compor a oitava linha da tabela periódica. A União Internacional de Química Pura e Aplicada (Union of Pure and Applied Che- mistry) é uma organização científica e não governamental integrada por uma série de comitês e comissões que fazem recome n- dações sobre a nomenclatura e os símbo los que devem ser usados em publicações téc ni- cas e científicas. 8 Volume 2 Na parte inferior da tabela, há duas linhas que representam os elementos com número atômico entre 57 e 71 (6º. período) e entre 89 e 103 (7º. período). Essas séries são denominadas, respectivamente, de lantanoides e actinoides, pois se iniciam com os elementos lantânio e actínio. De acordo com o número de elementos presentes em cada período, podemos classificá-los conforme o quadro a seguir. 1º. período – muito curto (2 elementos) 2º. e 3º. períodos – curtos (8 elementos) 4º. e 5º. períodos – longos (18 elementos) 6º. período – muito longo (32 elementos) 7º. período – muito longo (32 elementos) Com as informações sobre a disposição dos elementos nos grupos e nos períodos da tabela periódica, é possível compreender as suas características. • O elemento sódio (símbolo Na), por exemplo, está localizado na 3.ª linha (3.º período) e na 1.ª coluna (grupo 1). Portanto, é constituído por 3 camadas eletrônicas e apresenta 1 elétron na última camada. • O elemento químico que tem 2 camadas eletrônicas com 7 elétrons na última camada, está localizado no 2.º período e no grupo 17; é o cloro (símbolo Cℓ). Elementos representativos e de transição Os elementos representativos apresentam características menos complexas que os demais elementos da tabela periódica. Seus elétrons mais energéticos estão situados nos subníveis s (s1 ou s2) ou p (p1 a p6). Atualmente eles correspondem aos grupos 1, 2 e 13 a 18, podendo ser indicados também com a letra A (1A até 8A ou zero). Cada um desses grupos também é reconhecido por uma denominação especial, conforme descrito no quadro a seguir. Grupo (família) Número de elétrons na camada de valência Distribuição eletrônica da camada de valência Elementos metais alcalinos 1 (1A) 1 ns1 Li, Na, K, Rb, Cs, Fr metais alcalinoterrosos 2 (2A) 2 ns2 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra grupo do boro 13 (3A) 3 ns2np1 B, Aℓ, Ga, In, Tℓ, Nh grupo do carbono 14 (4A) 4 ns2np2 C, Si, Ge, Sn, Pb, Fℓ grupo do nitrogênio 15 (5A) 5 ns2np3 N, P, As, Sb, Bi, Mc calcogênios 16 (6A) 6 ns2np4 O, S, Se, Te, Po, Lv halogênios 17 (7A) 7 ns2np5 F, Cℓ, Br, I, At, Ts gases nobres 18 (8A) ou zero 8 ns2np6 He*, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, Og Observação: nessa configuração, n representa o número do nível de valência. *O hélio é o único gás nobre com configuração ns2 na última camada. Química 9 Os elementos de transição externa, ou simplesmente de transição, encontram-se nas dez colunas que ocupam o bloco central da tabela periódica (grupo 3 a 12) e apresentam seu elétron mais energético no subnível d (d1 a d10). 3 (3B) 4 (4B) 5 (5B) 6 (6B) 7 (7B) 8 9 10 (8B) 11 (1B) 12 (2B) d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 Orienteos alunos a observar que o grupo 8B, em particular, é constituído por uma coluna tripla que corresponde aos grupos 8, 9 e 10. Nas duas linhas inferiores da tabela estão representados os elementos de transição interna. Os lantanoides, loca- lizados no 6º. período, tem o subnível 4f (f1 a f14) como mais energético. Os actinoides, no 7º. período, apresentam o subnível 5f (f1 a f14) com maior energia. Lantanoides 4f1 4f2 4f3 4f4 4f5 4f6 4f7 4f8 4f9 4f10 4f11 4f12 4f13 4f14 Actinoides 5f1 5f2 5f3 5f4 5f5 5f6 5f7 5f8 5f9 5f10 5f11 5f12 5f13 5f14 Em relação aos subníveis energéticos, a tabela periódica pode ser representada por blocos. As configurações ele- trônicas não são perfei- tamente regulares. Em alguns elementos dos blocos d e f (elementos de transição), o último elétron não se encontra no subnível esperado. Tais exceções, no entan- to, têm pouco significado químico. Os últimos dois elemen- tos de transição interna, o lutécio (Lu) e o lau- rêncio (Lr), apresentam configuração d. Ou seja, são elementos de tran- sição externa que, para uma melhor disposição dos elementos de tran- sição interna, foram colocados como lanta- noides e actinoides. SUPERINTERESSANTE. Os ingredientes do seu corpo. São Paulo: Abril, ed. 284, p. 50-51, nov. 2010. Isto [...] não é só água, carvão, giz... Isto é você. Seus pelos, seu gosto, seu rosto. Tudo. E na proporção exata. Seu corpo não passa de um amontoado de ele- mentos que não custam nem R$ 150. O que não tem preço, claro, é o jeito que tudo isso se organiza para formar você. M ar co s G om es , 2 01 1. D ig ita l. 10 Volume 2 Um fato que engrandece o trabalho de Mendeleiev é que, na época em que ele propôs seu modelo de tabela, ainda não se tinha conhecimento da existência dos prótons, nêutrons e elétrons e, consequentemente, nada se sabia sobre a distribuição eletrônica dos elementos. Hoje, sabe-se que, ao se fazer a distribuição eletrônica de um átomo neutro (em que o número de prótons é igual ao número de elétrons), a semelhança de suas propriedades químicas está também relacionada com o número de elétrons de sua última camada. Assim, com base na configuração eletrônica, é possível identificar o período e o grupo a que pertence o elemento. Observe os exemplos dos elementos representativos: Na (Z = 11) ⇒ 1s2 2s2 2p6 3s1 grupo 1 (1A) 3º. período Por apresentar três níveis de energia preenchidos (K, L e M), o sódio pertence ao 3.° período da tabela. E, por ter apenas um elétron na última camada, está no grupo 1 (1A). Ne (Z = 10) ⇒ 1s2 2s2 2p6 2 + 6 = 8 grupo 18 (8A ou zero) 2º. período Tendo apenas dois níveis de energia completos (K e L), o neônio pertence ao 2º. período da tabela. A presença de oito elétrons na camada de valência indica que se encontra no grupo 18 (8A ou zero). O número do grupo de elementos de transição externa é obtido pela soma do número de elétrons de valência com o número de elétrons do subnível mais energético (d). Observe: Cr (Z = 24) ⇒ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d4 subnível mais energético 2 + 4 grupo 6 (6B) 4º. período (camada de valência) O cromo apresenta quatro camadas (K, L, M e N), assim encontra-se no 4º. período da tabela periódica. Sendo um ele- mento de transição externa, identificado pelo subnível d (mais energético), o número do grupo a que pertence é 6 (6B). Os elementos químicos também podem ser classificados de acordo com as características em: metais, não metais, semimetais, gases nobres e hidrogênio. Metais Relembre os alunos de que os elétrons da camada de va- lência se encontram no nível mais externo e os elétrons mais energéticos, no último subnível. A última camada está relacionada à ca- pacidade de combinação dos elemen tos químicos. O número de elétrons contid os nela indicam se os átomos de determina do elemento tendem a receber, perder ou co m- partilhar seus elétrons quando particip am de ligações químicas. Química 11 A maioria dos elementos químicos é classificada como metal, por isso as chan- ces de encontrar um metal ao nosso redor são grandes. Por exemplo, o ferro dos parafusos, o ouro e a prata das joias, o alumínio das panelas, o cobre dos fios elé- tricos, etc. Existem várias classificações para metais pesados, algumas delas se baseiam somente na toxicidade. A IUPAC recomenda o uso da densidade como parâmetro para dividir os metais em leves e pesados. D KO E st ú d io . 2 01 5. D ig ita l. ç p p , g dividir os metais em leves e pesados. D KO KO Es tú Es tú d io . d io . d io dd 20 1 20 1020 1110002 5. D 5 ig it ig it gg al . al . a Os metais caracterizam-se por serem sólidos nas condições ambientes, exceto o mercúrio, que é o único metal líquido. De maneira geral, os metais conduzem bem o calor e a eletricidade, apresentam brilho metálico quando polidos e podem ser trans- formados em fios (ductibilidade) e em lâminas (maleabilidade). Os átomos dos metais dos elementos representativos apresentam poucos elétrons na camada de valência, por isso têm tendência a perder elétrons com facilidade formando íons carregados positi- vamente – os cátions. Outra classificação possível para os metais consiste em dividi-los em leves e pesados. Essa divisão baseia-se na densidade, sendo considerados metais pesados os que apresentam densidade maior que 5,6 g/cm³. © Sh u tt er st oc k/ W ol fg an g Z w an zg er © Sh u tt er st oc k/ A d ria n E u g en © Sh u tt er st oc k/ d em ar co m ed ia © Sh u tt er st oc k/ Ph ot og ra p h ee .e u Alguns metais encontrados no cotidiano. As condições ambientes cor- respondem a 25 °C de tempe- ratura e pressão igual à pressão atmosférica ao nível do mar. A reciclabilidade é um dos mais importantes atributos do alumínio, pois esse metal pode ser reciclado infinitas vezes, sem perder suas qualidades no processo de reapro- veitamento. 12 Volume 2 Muitos dos metais pesados têm efeitos tóxicos no organismo. Outros são cumulativos, como é o caso do mercúrio (Hg), que, quando absorvido, se concentra no tecido adiposo, causando problemas no cérebro, rins e fígado. Não metais Existem 12 elementos classificados como não metais, que podem ser encontrados em grande quantidade na cros- ta terrestre. Ao contrário dos metais, apresentam baixa condutividade térmica e elétrica (com exceção do carbono). No estado sólido, são duros e quebradiços e não apresentam brilho metálico. Têm como característica a formação de ânions, ou seja, tendem a receber elétrons. Na forma pura, os não metais que se encontram no estado gasoso são: nitrogênio, oxigênio, flúor e cloro. O bromo é o único não metal líquido, à temperatura ambiente, e os demais formam substâncias sólidas quando puros. Semimetais Química 13 Existem 7 semimetais – boro, silício, germânio, arsênio, antimônio, telúrio e po- lônio –, elementos que, na forma pura, são sólidos à temperatura ambiente e apre- sentam características intermediárias entre as dos metais e as dos não metais, por exemplo: são semicondutores de eletricidade. Assim, quando sofrem dopagem, como o silício (Si) e o germânio (Ge), podem conduzir eletricidade. Sua principal aplicação está na fabricação de componentes eletrônicos. Alguns materiais marcaram as eras históricas e, por isso, elas são nomeadas como: Idade da Pedra, Idade do Bronze, Idade do Ferro. Atualmente, mediante a importância da informática em nossas vidas, vive-se a Era do Silício. Pesquise algumas das principais empresas instaladas no Vale do Silício e indique de que forma elas estão relacionadas com o seu cotidiano. Algumas classificações não usam a denominação de semimetais, mas dividem esses elementos entre metais e não metais da seguinte forma: • metais – germânio, antimônio e polônio; • não metais – boro, silício, arsênio e telúrio. A IUPAC recomenda que os elementos sejam classificados como metais, semime- taise não metais, sem entretanto definir ou indicar qual é qual. Isso possivelmente se deve aos vários critérios que podem ser utilizados nessa classificação, que às vezes podem considerar um dado elemento em um grupo, outras vezes em outro. CHAGAS, Aécio Pereira; ROCHA-FILHO, Romeu C. Nomes recomendados para os elementos químicos. Química nova na escola, n. 10, nov. 1999. Gases nobres Na época em que Mendeleiev elaborou sua tabela, não se conhecia nenhum dos gases nobres. Foi somente no ano de 1884 que William Ramsay isolou o argônio (Ar) – primeiro gás nobre descoberto. Nas condições ambientes, esses elementos são gases e apresentam alta estabilidade. Em virtude dessa caracterís- tica química, eles têm pequena capacidade de se combinar com outros elementos. E, entre todos os gases nobres, o hélio (He) é o único que não apresenta 8 elétrons na camada de valência, pois seu número atômico é 2. Hidrogênio O hidrogênio é considerado um elemento à parte, pois é o único que não apresenta características comuns a ne- nhum grupo da tabela periódica. Muitas vezes, por ter um elétron no nível mais externo, é representado no grupo 1. No entanto é um gás, ao passo que os demais elementos da primeira coluna são metais sólidos e moles. É o elemento mais abundante do Universo e reage com praticamente todos os elementos da tabela, fato que justifica a infinidade de compostos por ele produzidos. Id 4 Sugestão de resposta para a Pesquisa. Enfatize que o silício é bastante explo- rado na fabricação de semicondutores. A enorme quantidade de energia liberada no processo de fusão de dois núcleos de hidrogênio leva à formação do elemento hélio. A configuração eletrônica do hélio (1s2) é semelhante à dos metais alcalinoterrosos (ns2), porém suas propriedades são características dos gases nobres. Isso porque todas as camadas estão preenchidas. O valor de n = 1 ajuda a localizá-lo, pois, para o grupo dos metais alcalinoterrosos, não há 1º. período. D iv o. 2 00 9. D ig ita l. dopagem: processo de adição de impurezas químicas a um semicondutor, com a finalidade de aumentar sua condutividade elétrica. O silício é um elemento muito ex- plorado na indústria eletrônica e na informática. 14 Volume 2 Elementos naturais e artificiais Atualmente, são oficializados, ou seja, reconhecidos pela IUPAC, 118 elementos químicos, divididos em naturais e artificiais. Até o ano de 1937, não eram conhecidos os elementos de número atômico 43, 61, 85 e 87, ficando quatro lugares vazios na tabela. Esses elementos foram sendo produzidos em laboratório, por meio de processos nucleares, portanto considerados artificiais. São eles: 43Tc – tecnécio (produzido em 1937) 61Pm – promécio (produzido em 1947) 85At – astato (produzido em 1940) 87Fr – frâncio (produzido em 1939) Na tabela, como esses elementos estão situados antes do urânio (elemento natural com maior número atômico, Z = 92), são chamados de cisurânicos. Outros elementos artificiais, obtidos a partir de 1940 e localizados depois do urânio, são chamados de transurânicos. 6 Os mais novos elementos da tabela periódica. A inclusão de elementos na tabela periódica não é tão simples quanto parece, às vezes levam-se décadas de estudos e anos de revisão para que um novo elemen- to seja, oficialmente, incluído pelos membros da IUPAC. A inclusão dos elementos de número atômico 114 e 116, chamados respectivamente de fleróvio (Fℓ) e livermório (Lv), ocorreu somente em 2012. Com relação ao fleróvio, desde 1999 vários pesquisa- dores afirmaram ter criado em laboratório átomos desse elemento. Após três anos de análise, um comitê de físicos e químicos anunciou a oficialização do elemento ununquádio, como provisoriamente era chamado. O fleróvio foi batizado em homenagem ao físico russo Georgiy Flerov (1913-1990), que descobriu a fissão espontânea do urânio e fundou o La- boratório de Reações Nucleares, em Dubna, na Rússia. O nome oficial é escolhido, normalmente, para homenagear o(s) responsável(eis) pela descoberta do elemento. D KO E st ú d io . 2 01 5. D ig ita l. Os elementos naturais se encontram na natureza e os elementos artificiais são pro- duzidos em laboratórios. O químico americano Glenn T. Seaborg (1912-1999) identificou nove elementos transurânicos. Além dessa notável contribuição e da ideia da série dos actinoides, Seaborg descobriu e identificou mais de 100 isótopos. Em 1951, ganhou o Prêmio Nobel de Química, por ter desco- berto o elemento plutônio. Glenn T. Seaborg La tin St oc k/ C or b is 5 Saiba mais sobre o trabalho de Seaborg. Química 15 7 Gabaritos. 1. Os elementos representativos recebem essa denomi- nação porque tem propriedades químicas semelhantes as dos demais elementos de um mesmo grupo. Já os elementos de transição têm propriedades intermediá- rias entre os grupos dos metais alcalinos e alcalinoter- rosos e entre os grupos de 13 a 18. Entre os elementos de transição, há duas linhas que são representadas na parte inferior da tabela, contendo os elementos de transição interna. Esses elementos são denominados de lantanoides e actinoides. Consulte a tabela periódica e classifique os elementos a seguir em representativos, de transição ou de transi- ção interna. a) Lítio (Li) Representativo b) Urânio (U) Transição interna c) Ferro (Fe) Transição d) Radônio (Rn) Representativo e) Mercúrio (Hg) Transição f) Nitrogênio (N) Representativo 2. Com base no elétron mais energético, diferencie um elemento representativo de um elemento de transição. 3. A bauxita é o nome do minério do qual se produz o alumínio. Sua composição majoritária é formada por óxido de alumínio (Aℓ2O3). A cada quilo de alumínio reciclado, cinco quilos desse minério são poupados, e sua reciclagem consome somente 5% da energia que seria necessária para se produzir a mesma quantidade de alumínio primário. Considerando o componente principal desse minério, localize na tabela periódica o grupo e o período a que pertencem os elementos constituintes. 4. Lembre os alunos de que recorrer à tabela periódica é uma maneira de não ter de memorizar as suas informações. O importante é saber consultá-la para extrair os dados, quando necessários. Ao contrário do que se acredita popularmente, o palito de fósforo não é composto pelo elemento fósforo – do grego phosphorus, que significa “que traz luz”. O seu corpo é formado por madeira de pinho, papel ou pa- pelão, e a sua “cabeça” é uma combinação de várias substâncias, com a predominância do clorato de potás- sio (KCℓO3), que se inflama com facilidade ao ser atri- tado. Na realidade, os primeiros palitos tinham fósforo em suas cabeças. Mas, como eles se incendiavam com o atrito involuntário de dentro da caixa, surgiu a ideia de colocar o fósforo do lado de fora da caixa. Por isso ficou historicamente conhecida como caixa de palito de fósforos. Hoje se sabe que o fósforo é encontrado na áspera su- perfície, formada por um combinado de fósforo (P), sul- feto de antimônio (Sb2S3), óxido férrico (Fe2O3) e cola do lado de fora da caixinha. Sobre o elemento fósforo e as informações do texto, responda às questões. a) Por que o símbolo do fósforo é P? b) Afinal, por que não existe fósforo no palito de fósforo? c) Na tabela periódica, o fósforo se encontra abaixo do nitrogênio e ao lado do silício. Com qual desses dois elementos o fósforo apresenta maior semelhança? d) Quantos elétrons o fósforo apresenta em sua última camada? Justifique sua resposta. 5. Consulte a tabela periódica e relacione as colunas: Classificação na tabela Símbolo do elemento químico ( Au ) Metal de transição S ( I ) Halogênio I ( Na ) Metal alcalino Na ( S ) Calcogênio Au ( Ca ) Metal alcalinoterroso He ( He ) Gás nobre Ca 6. (UFRPE) A aquisição de compostos químicos realiza- da por um organismo para suprir o seu metabolismo é chamada de nutrição. Diversoselementos químicos minerais são essenciais, por exemplo, ao crescimento das plantas. Atualmente, 17 elementos (incluindo C, H e O) são considerados essenciais para todas as an- giospermas e gimnospermas. Em relação à posição de © Sh u tt er st o ck /a le xa n d re D as h ew sk y Atividades 7 16 Volume 2 alguns destes elementos na tabela periódica, complete o quadro a seguir: Elemento Massa atômica Número atômico Família Período I 39,10 19 1 ou 1A 4.o II 35,45 17 17 ou 7A 3.o III 14,01 7 15 ou 5A 2.o IV 32,07 16 16 ou 6A 3.o a) I – Família 2A e 4º. Período; II – Família 7A e 3º. Pe- ríodo; III – Família 5A e 1º. Período; IV – Família 5A e 2º. Período. b) I – Família 1A e 3º. Período; II – Família 6A e 2º. Pe- ríodo; III – Família 3A e 2º. Período; IV – Família 5A e 2º. Período. c) I – Família 3A e 2º. Período; II – Família 6A e 1º. Pe- ríodo; III – Família 4A e 1º. Período; IV – Família 4A e 2º. Período. X d) I – Família 1A e 4º. Período; II – Família 7A e 3º. Pe- ríodo; III – Família 5A e 2º. Período; IV – Família 6A e 3º. Período. e) I – Família 2A e 3º. Período; II – Família 5A e 2º. Pe- ríodo; III – Família 4A e 1º. Período; IV – Família 7A e 3º. Período. 7. (UERS) O cálcio é um importante elemento na consti- tuição óssea dos seres vivos. Com relação ao cálcio, pode-se afirmar que seu átomo apresenta: a) 3 camadas eletrônicas e apenas 1 elétron na última camada e pertence à família dos metais alcalinos. b) 3 camadas eletrônicas e 3 elétrons na última cama- da e pertence à família dos metais de transição. c) 3 camadas eletrônicas e 2 elétrons na última cama- da e pertence à família dos metais alcalinos. X d) 4 camadas eletrônicas e 2 elétrons na última cama- da e pertence à família dos metais alcalinoterrosos. e) 4 camadas eletrônicas e apenas 1 elétron na última camada e pertence ao grupo dos ametais. 8. Cite duas propriedades que diferenciam elementos metálicos de não metálicos. 8 9. Os nomes dos elementos são dados pelos seus des- cobridores, os quais se inspiram em sua terra natal, na mitologia, em cientistas, etc. Com base nessa informação, resolva as questões a seguir. a) Escreva o nome de pelo menos três elementos que homenageiam países, cidades ou outras regiões geográficas e indique a origem desses nomes. b) Relate o nome de pelo menos três elementos que homenageiam cientistas. 10. Com base nos conceitos que foram abordados nesta unidade, complete a cruzadinha. Verticais 1. Elemento mais abundante do universo. Hidrogênio 2. Metal de transição de alto custo (valor) e que apre- senta propriedades semelhantes às da prata. Ouro 3. Único metal líquido em condições ambientes. Mercúrio 5. Elementos obtidos em laboratório por meio de rea- ções nucleares. Artificiais 7. Calcogênio localizado no 4º. período. Selênio 8. O mais conhecido entre os semimetais, em virtude de sua utilização no mercado tecnológico. Silício 11. São as linhas horizontais na tabela periódica. Períodos 17. Apresenta um próton a mais que o gás nobre do 5º. período. Césio Horizontais 4. Grupo de elementos que apresenta o elétron mais energético no subnível s ou p. Representativos 6. Elemento não metálico, que se encontra no mesmo grupo que o nitrogênio. Fósforo 9. Nome do elemento químico que homenageia o cien- tista russo de fundamental importância na organiza- ção da tabela periódica atual. Mendelévio 10. O único gás nobre que não apresenta 8 elétrons na camada de valência. Hélio 12. Elemento descoberto em 1996, mas incluído oficial- mente na tabela periódica em 2010. Copernício 13. O halogênio de menor número atômico. Flúor 14. Alcalinoterroso que se encontra entre o magnésio e o estrôncio. Cálcio 15. Elemento natural com maior número atômico. Urânio 16. Calcogênio, constituinte do gás importante para a respiração. Oxigênio Química 17 Propriedades dos elementos químicos A Lei Periódica e a organização dos elementos na tabela são consequências da configuração eletrônica de cada ele- mento químico. Por meio das distribuições eletrônicas, é possível prever as características dos átomos dos elementos e o tipo de ligação química formada entre eles e, consequentemente, as propriedades físicas e químicas das substâncias. Dessa forma, a tabela pode ser utilizada para relacionar as estruturas atômicas com as especificidades dos seus elementos. Essas propriedades podem ser de dois tipos: aperiódicas e periódicas. • Aperiódicas – aquelas em que os valores aumentam ou diminuem à medida que o número atômico aumenta. Eles não se repetem em períodos determinados ou regulares. Exemplos: massa atômica, calor específico, dureza, índice de refração, etc. H 2. I O 3. D U M 4. R E P R E S E N T A T I V O S 5. O O R 7. A G C 6. F Ó S F O R O Ê 8. Ú E T N S R 9. M E N D E L É V I O I I I 11. Ê F O 10. H É L I O P N I Í E I C 12. C O P E R N Í C I O I I Í 17. A 13. F L Ú O R O 14. C Á L C I O D É S 15. U R Â N I O S S 16. O X I G Ê N I O O 1. Sugestão de atividades: questões de 1 a 19 da seção Hora de estudo. 18 Volume 2 • Periódicas – aquelas que assumem va- lores periódicos, ou seja, se repetem re- gularmente. À medida que o número atômico aumenta, os valores dessas pro- priedades aumentam ou diminuem em cada período. Exemplos: raio atômico, energia de ionização, eletronegatividade, afinidade eletrônica, etc. Raio atômico O raio atômico é uma propriedade periódica difícil de ser determinada, pois a ele- trosfera do átomo não tem fronteira definida. De maneira simplificada, pode-se medir o raio (r) considerando-se que os átomos são esferas que se tocam quando unidas. Assim, a metade da distância (d) entre dois núcleos de átomos iguais é o valor corres- pondente ao raio de determinado átomo. A unidade mais indicada para o raio atômico, derivada do Sistema Internacional de Unidades (SI), é o picômetro (pm), que equivale a 10–12 m. À medida que se percorre um grupo na tabela periódica, de cima para baixo, os elétrons mais externos são distribuídos em orbitais com valores maiores de número quântico principal (n). Ou seja, o número de níveis ele- trônicos (camadas) aumenta, consequentemente, os elétrons das camadas mais externas estão mais distantes do núcleo e o raio torna-se maior. Observe, como exemplo, o aumento do raio dos elementos do grupo 16 da tabela periódica. 9 Saiba como estimar o raio atômico dos metais. 8 Em dia com a Química: perspectiva histórica da tabela periódica. Ja ck A rt . 2 01 0. D ig ita l. Relembre que a distribuição eletrônica em camadas é obtida tendo como base a distri- buição em subníveis de energia. b l iódi O orbital pode ser definido como a região de maior probabilidade para encontrar o elét ron. picômetro: unidade de medida, submúltiplo do metro e 1 bilhão de vezes menor que o milímetro. Química 19 Para os elementos de um mesmo período, o número quântico principal (n) é o mesmo, ou seja, apresentam a mesma quantidade de níveis. Porém, ao passar de um elemento para outro ao longo de um período, um próton é adicionado a cada núcleo e um elétron a cada camada mais externa. E, como o efeito do próton adicional é mais intenso que o efeito do elétron, pode-se dizer que a carga nuclear efetiva exerce uma força de atração maior sobre os elétrons que a repulsão entre os próprios elétrons da eletrosfera. O resultado é a redução do raio atômico. Observe, por exemplo, a diminuição do raio ao longo do 2º. período da tabela periódica. De maneira geral, a tendência do raio atômico na tabela periódica pode ser representada pelo esquema a seguir. H Li Na K Rb Cs Fr Be Mg Ca Sr Ba Ra Sc Y * ** Ti Zr Hf Rf V Nb Ta Db Cr Mo W Sg Mn Tc Re Bh Fe Ru Os Hs B Aℓ Ga In Tℓ C Si Ge Sn Pb N P As Sb Bi O S Se Te Po F Cℓ Br I At He Ne Ar Kr Xe Rn Co Rh Ir Mt Ni Pd Pt Cu Ag Au Zn Cd HgDs Rg Cn Nh Fℓ Mc Lv Ts Og Variação do raio atômico na tabela periódica. Em destaque o elemento de maior raio. Raio iônico No átomo, espécie eletricamente neutra, o número de prótons é igual ao número de elétrons (p = e). Porém, durante uma reação química, os átomos de muitos elementos podem perder ou ganhar elétrons formando os íons. Nessa transformação, há um aumento ou uma diminuição do tamanho inicial do átomo. Na formação do íon positivo (cátion), ao perder elétron, a carga nuclear efetiva do átomo aumenta, tendo como resultado uma contração da eletrosfera, com redução do raio. Portanto, quanto maior o número de elétrons perdidos pelo átomo, menor é o raio do seu íon. O raio do átomo é sempre maior que o raio do seu respectivo cátion. Ja ck A rt . 2 01 0. D ig ita l. A carga nuclear efetiva é a atração real exercida pelos prótons sobre os elétrons de valê ncia. Essa carga corresponde à carga do núcleo (pró tons) me- nos a blindagem exercida pelos elétrons interme- diários (elétrons presentes em camadas anteriores à de valência). 20 Volume 2 Na formação do íon negativo (ânion), ao ganhar elétron, a carga nuclear efetiva do átomo não se altera, mas é parcialmente blindada, pois há uma maior repulsão entre os elétrons presentes. Isso ocasiona expansão da eletrosfera com aumento do raio. Assim, quanto maior o número de elétrons recebidos pelo átomo, maior é o raio do seu íon. Ja ck A rt . 2 01 0. D ig ita l. O raio do átomo é sempre menor que o raio do seu respectivo ânion. Para íons isoeletrônicos, o número de níveis de energia é o mesmo. A dife- rença entre eles é somente o número atômico, isto é, a carga presente no núcleo. Portanto, quanto maior o número atômico do seu elemento, maior será a carga nuclear efetiva e, consequentemente, mais intensa será a atração núcleo-elétrons no último nível de energia. Dessa forma, menor será o raio do íon. Observe a série dos seguintes íons isoeletrônicos: 8O 2– 9F – 11Na + 12Mg 2+ p = 8 p = 9 p = 11 p = 12 e = 10 e = 10 e = 10 e = 10 Nessa série, tem maior raio o íon com menor número atômico. Portanto, a ordem crescente é: 12Mg 2+ < 11Na + < 9F – < 8O 2–. Energia de ionização Os metais usados em painéis de captação de energia solar apresentam baixa energia de ionização. © Sh u tt er st oc k/ Si m on B ra tt Segundo o modelo atômico de Bohr, quando um átomo no seu estado fundamental absorve energia, elétrons podem ser transferidos de um nível para outro mais energético e afastado do núcleo. Se a energia fornecida for suficientemente alta, é possível remover completamente um elétron do átomo em um processo conhecido por ionização. Essa energia é chamada de energia de ionização. Os íons isoeletrônicos apresentam o mesmo número de elétrons. O estado fundamental é a condi- ção de mais baixa energia, ou seja, o estado normal de um átomo. Química 21 A remoção dos elétrons das camadas internas requer muito mais energia que a retirada dos elétrons de valência. Elétrons das cama- das internas não são perdidos em reações químicas comuns. A energia de ionização pode ser definida como a quantidade mínima de energia necessária para remover um elétron de um átomo no seu estado fundamental, isto é, gasoso, isolado e livre da influência de átomos vizinhos. De maneira geral, pode-se dizer que essa propriedade é inversamente proporcional ao raio do átomo, pois, quanto maior é o raio atômico do elemento, mais afastado está seu núcleo em relação ao seu nível de energia mais externo. Logo, quanto mais distante do núcleo, menor é a atração entre os prótons e os elétrons de valência, facilitando a reti- rada de um elétron. Sendo assim, menor é a energia de ionização do átomo. Mesmo sem conhecer os valores experimentais da energia de ionização de cada elemento químico, é possível prever como essa propriedade varia em um grupo ou período, tendo como base a variação do raio atômico dos elementos. Em geral, a tendência da primeira energia de ionização na tabela periódica pode ser representada pelo esquema a seguir. H Li Na K Rb Cs Fr Be Mg Ca Sr Ba Ra Sc Y * ** Ti Zr Hf Rf V Nb Ta Db Cr Mo W Sg Mn Tc Re Bh Fe Ru Os Hs B Aℓ Ga In Tℓ C Si Ge Sn Pb N P As Sb Bi O S Se Te Po F Cℓ Br I At He Ne Ar Kr Xe Rn Co Rh Ir Mt Ni Pd Pt Cu Ag Au Zn Cd Hg Ds Rg Cn Nh McFℓ Lv Ts Og Variação da energia de ionização na tabela periódica. Em destaque o elemento de maior energia de ionização. Quanto mais energia for fornecida ao átomo, mais fácil será retirar o elétron seguinte. A cada elétron retirado, a atra- ção do núcleo sobre os elétrons restantes torna-se maior, provocando um aumento da energia de ionização. Sendo assim, é possível afirmar que a primeira energia de ionização é sempre menor que a segunda, por sua vez sempre menor que a terceira, e assim sucessivamente. Observe na tabela os valores experimentais das energias de ionização dos elementos do terceiro período da tabela periódica. ENERGIA DE IONIZAÇÃO PARA OS ELEMENTOS DO TERCEIRO PERÍODO (kJ/mol) Elemento 1ª. EI 2ª. EI 3ª. EI 4ª. EI 5ª. EI 6ª. EI 7ª. EI Na 496 4 562 6 910 9 543 13 354 16 613 20 117 Mg 738 1 451 7 733 10 524 13 630 18 020 21 711 Aℓ 578 1 817 2 745 11 577 14 842 18 379 23 326 Si 786 1 577 3 232 4 356 16 091 19 805 23 780 P 1 012 1 907 2 914 4 964 6 274 21 267 25 431 S 1 000 2 252 3 357 4 556 7 004 8 496 27 107 Cℓ 1 251 2 298 3 822 5 159 6 542 9 362 11 018 Ar 1 521 2 666 3 931 5 771 7 238 8 781 11 995 A primeira energia de ionização correspon- de à energia necessária para retirar o prim eiro elétron do átomo. Assim, a segunda energ ia de ionização é a energia para retirar outro el étron do cátion resultante da primeira ionizaç ão. E assim, consecutivamente. 1ª. energia de ionização < 2ª. energi a de ionização < 3ª. energia de ionização < ... < n energia de ionização. 22 Volume 2 Eletronegatividade A eletronegatividade é a propriedade relacionada à tendência que o núcleo tem de atrair os elétrons envolvidos em uma ligação quando combinado com outro átomo. Assim, o átomo que atrai elétrons com maior intensidade é o mais eletronegativo e o que atrai de forma menos intensa é o de menor eletronegatividade. Em outras palavras, quanto menor a distância entre o núcleo do átomo e a eletrosfera, maior a tendência de atração dos elétrons. Portanto, quanto menor o raio atômico, maior a sua eletronegatividade. Como os gases nobres são elementos de grande estabilidade, a tendência da eletronegatividade na tabela periódi- ca pode ser representada pelo seguinte esquema: H Li Na K Rb Cs Fr Be Mg Ca Sr Ba Ra Sc Y * ** Ti Zr Hf Rf V Nb Ta Db Cr Mo W Sg Mn Tc Re Bh Fe Ru Os Hs B Aℓ Ga In Tℓ C Si Ge Sn Pb N P As Sb Bi O S Se Te Po F Cℓ Br I At He Ne Ar Kr Xe Rn Co Rh Ir Mt Ni Pd Pt Cu Ag Au Zn Cd Hg Ds Rg Cn Nh Fℓ Mc Lv Ts Og Variação da eletronegatividade na tabela periódica. Em destaque o elemento mais eletronegativo. A tendência que determinados elementos têm para perder ou para ganhar elétrons foi quantificada há várias déca- das por químicos. Entre as muitas escalas existentes, a mais conhecida foi elaborada por Linus Pauling. Seus valores são provenientes de uma relação entre a energia de ionização (EI) e a afinidade eletrônica dos elementos. O estudo das ligações estabelecidas entre os átomos será abordado na próxima unidade deste volume. Valores de eletronegatividades para alguns elementos químicos. EMSLEY, J. The Elements. 3. ed. Oxford: Clarendon Press, 1998. Química 23 Se você quer ter boas ideias, você precisa ter muitas ideias. A maioria delas estará errada, o que você precisa aprender é quais delas deve descartar. Linus Pauling Pauling recebeu, em 1954, o Prêmio Nobel por sua importante contribuição ao estudo das ligações químicas e das substânciasinorgânicas. La tin St oc k/ C or b is /R og er R es sm ey er Afinidade eletrônica Alguns átomos têm afinidade por elétrons e podem adquirir um ou mais elétrons para formar um íon negativo. A quantidade de energia liberada quando um átomo no estado fundamental (isolado e gasoso) recebe um elétron e transforma-se em um ânion é chamada de afinidade eletrônica. Na tabela periódica, a tendência da afinidade eletrônica é a mesma que a da eletronegatividade. Pode parecer que elas correspondem a uma mesma propriedade, porém o que as difere é o fato de a eletronegatividade ser um parâmetro que se aplica somente a átomos em moléculas e o de a afinidade eletrônica ser uma quantidade de energia para átomos isolados. Fato curioso é que o flúor, elemento de maior eletronegatividade, tem empiricamente afinidade eletrônica inferior à do cloro, conforme indicado pelos valores: F = 328 kJ/mol, Cℓ = 349 kJ/mol. Com base na variação do raio atômico dos elementos, pode-se dizer que quanto menor o raio, maior sua afinidade por elétrons. Consequentemente, maior a energia liberada para o recebimento de um elétron. A tendência da afinidade eletrônica na tabela periódica pode ser representada da seguinte maneira: H Li Na K Rb Cs Fr Be Mg Ca Sr Ba Ra Sc Y * ** Ti Zr Hf Rf V Nb Ta Db Cr Mo W Sg Mn Tc Re Bh Fe Ru Os Hs B Aℓ Ga In Tℓ C Si Ge Sn Pb N P As Sb Bi O S Se Te Po F Cℓ Br I At He Ne Ar Kr Xe Rn Co Rh Ir Mt Ni Pd Pt Cu Ag Au Zn Cd Hg Ds Rg Cn Nh Fℓ Mc Lv Ts Og Variação da afinidade eletrônica na tabela periódica. Em destaque o elemento com maior afinidade eletrônica. Por serem estáveis, os gases nobres não apresentam tendência a receber elétrons. Também não são incluídos nas variações que correspondem à afinidade eletrônica. Há outras propriedades que podem ser estudadas, como volume molar, resistividade elétrica, ponto de fusão e ebulição, etc. Neste material, foram abordadas as principais: raio atômico, energia de ionização, eletronegatividade e afinidade eletrônica. A afinidade eletrônica é tradicionalmente ex- pressa em elétron-volt por átomo. Contudo, será utilizado o kJ/mol, pois, por ser do Sistema Internacional de Unidades (SI), é o mais empregado. 10 Saiba como Pauling determinou sua es- cala de valores para a eletronegatividade dos elementos. O mol é a unidade que indica a quantidade de matéria. 24 Volume 2 11 Gabaritos. 1. Na tabela a seguir, os símbolos dos elementos químicos foram substituídos por letras do alfabeto. Com base nas propriedades periódicas, responda às questões. a) Qual elemento tem o menor raio atômico? F b) Qual elemento tem o maior raio atômico? A c) Que elementos não são metais? E, F e G d) Que elementos são metais? A, B, C e D e) Qual elemento é o mais eletronegativo? F f) Qual metal alcalinoterroso tem menor raio? B g) Qual elemento apresenta menor afinidade eletrô- nica? A h) Que elemento do 4º. período apresenta a maior ener- gia de ionização? E 2. Com auxílio da tabela periódica, assinale a resposta correta. I. Halogênio com maior raio atômico. a) ( ) F b) ( ) Br c) ( ) Cℓ d) ( X ) I II. Elemento do 2º. período com menor tamanho. a) ( ) Li b) ( ) B c) ( ) O d) ( X ) Ne III. Elemento do grupo dos gases nobres com maior energia de ionização. a) ( ) Ne b) ( ) Ar c) ( X ) He d) ( ) Xe IV. Grupo em que os elementos têm maior afinidade eletrônica. a) ( X ) Halogênios b) ( ) Calcogênios c) ( ) Metais alcalinos d) ( ) Metais alcalinoterrosos V. Elemento do 2º. período com maior eletronegativi- dade. a) ( X ) F b) ( ) O c) ( ) Be d) ( ) C VI. Metal alcalino de menor raio. a) ( X ) Li b) ( ) K c) ( ) Fr d) ( ) Rb Atividades Química 25 VII. Elementos com tendência em formar íons positi- vos. a) ( X ) Metais b) ( ) Não metais c) ( ) Semimetais d) ( ) Gases nobres VIII. Elementos que apresentam características inter- mediárias entre metais e não metais. a) ( ) Não metais b) ( X ) Semimetais c) ( ) Gases nobres d) ( ) Hidrogênio IX. Grupo que apresenta elementos de grande esta- bilidade e, consequentemente, elevada energia de ionização. a) ( X ) Gases nobres b) ( ) Calcogênios c) ( ) Metais alcalinos d) ( ) Metais alcalinoterrosos X. Grupo com tendência de perder elétrons e, conse- quentemente, baixo valor de energia de ionização. a) ( ) Gases nobres b) ( ) Calcogênios c) ( ) Halogênios d) ( X ) Metais alcalinos XI. Elemento químico que, apesar de não ser um me- tal, apresenta a mesma configuração eletrônica que a última camada dos metais alcalinos. a) ( ) He b) ( ) O c) ( X ) H d) ( ) Ar 3. O raio atômico é uma propriedade periódica que exerce grande influência na reatividade dos átomos. a) Explique, em termos de carga nuclear efetiva, a variação apresentada pelo raio atômico para os elementos localizados em um mesmo período da tabela periódica. b) Considere os seguintes pares de espécies químicas: • Aℓ e Aℓ3+ • O e O2– Indique, para cada par, a espécie que apresenta o maior raio. Justifique sua resposta. 4. A sacarose, conhecida comumente como açúcar comum, é um sólido cristalino à temperatura ambiente. Obtida pela condensação de glicose e frutose, sua fórmula química é C12H22O11. Coloque em ordem crescente de eletronegatividade os elementos químicos que compõem a molécula desse carboidrato. Justifique sua resposta com base na localização dos elementos na tabela. 5. (UFF – RJ) Os elementos químicos prestam-se a inú- meras aplicações relacionadas ao nosso cotidiano. Para se montar, por exemplo, uma célula fotoelétrica – dispositivo capaz de gerar uma corrente ou tensão elétrica, quando excitado por luz – são utilizados, para constituir a fonte de elétrons, metais como o rubídio (Rb) e o césio (Cs), sobre os quais a luz incidirá. A utilização desses elementos está no fato de apresen- tarem: a) pequenos raios atômicos. b) elevados potenciais de ionização. c) elevada eletroafinidade. d) elevada eletronegatividade. X e) baixos potenciais de ionização. 6. (UNEB – BA) Elementos com as seguintes características: • Combinam-se com metais formando compostos iô- nicos; • A camada mais externa tem configuração: ns2 np5; • As energias de ionização são altas; • Possuem altas eletronegatividades. São: a) gases nobres X b) halogênios c) de transição d) transurânios e) calcogênios Sugestão de atividades: questões de 20 a 23 da seção Hora de estudo. 26 Volume 2 Criar um novo elemento químico dá aos seus descobridores o direito de batizá-lo e estudá-lo, conhecendo mais sobre o compor- tamento do núcleo atômico. E como isso ocorre? A receita é simples. Por exemplo, você pega dois elementos mais leves, o titânio (Ti, número atômico 22) e o berqué- lio (um actinídeo, Bk, de número atômico 97), e tenta fundi-los para criar um elemento mais pesado, no caso, o elemento de número atômico 119. Faça a fusão acontecer em alta velocidade em direção a um detector, e fique esperando o sinal verde. Essa é a teoria. Na prática, a coisa é mais complicada. Veja as etapas: Aceleração: Um acelerador linear de partículas no Centro de Pesquisa de Íons Pesados GSI Helmholtz, em Darmstadt, Alemanha, acelera um feixe de titânio ionizado em um tubo de 121 metros a 10% da velocidade da luz. Colisão: Durante cinco meses, uma equipe alemã colidiu o feixe de titânio ionizado contra um alvo cravejado de átomos de berquélio. Os cálculos são de que a cada 1 bilhão de colisões, um átomo de titânio colide com um átomo de berquélio na velocidade e posição certas para realizar a fusão, criando um novo átomo com 119 prótons. Separação: Os novos átomos superpesados formados (tudo que tem mais de 102 prótons é superpesado) têm mais massa e se movem mais lentamente, a cerca de apenas 2% da velocidade da luz, e também reagem diferente a um campo magnético. Usando campos magnéticos poderosos, os cientistasdesviam os átomos do elemento 119 em direção a um detector. Detecção: Os átomos do elemento 119 entram no detector de silício. Ele é radioativo, e fica emitindo partículas alfa – dois prótons e dois nêutrons – de uma forma prevista pela teoria. O detector registra estes decaimentos que são usados pelos cientistas para provar a existência do novo elemento. Os modelos da física predizem que o elemento mais pesado que pode ser obtido deve ter 126 prótons. A partir desta quantidade, o núcleo é excessivamente instável. O elemento 119 tem 177 nêutrons, e uma meia-vida prevista de 200 microssegundos, além de acrescentar mais uma linha à nossa conhecida tabela periódica. Finalmente, para dar nome ao novo elemento, o grupo de pesquisa deve fazer a comprovação da detecção. Ela precisa ser validada e submetida à International Union of Pure and Applied Chemistry, que pode levar anos até aprovar o novo nome. Enquanto não recebem uma nomeação definitiva, elementos recém-descobertos recebem um nome em latim, como ununseptium, o nome temporário do elemento 117. COMO OS CIENTISTAS CRIAM NOVOS ELEMENTOS PARA A TABELA PERIÓDICA GROSSMANN, Cesar. Como os cientistas criam novos elementos para a tabela periódica. Disponível em: <http://hypescience.com/como-os-cientistas- criam-novos-elementos-para-a-tabela-periodica/>. Acesso em: 28 jul. 2014. Com base nas informações apresentadas no texto, sabe-se que o processo de criação de um novo elemento é com- plexo. Como visto anteriormente, após mais de uma década de estudos e revisões, a IUPAC oficializou no ano de 2012 o elemento de número atômico 114. Para produzir esse elemento, os cientistas russos e americanos bombardearam o plutônio-244 com o isótopo extremamente raro do elemento cálcio, o 48Ca. Com base nesses dados e no seu conhecimento sobre o assunto, represente a equação de fusão para a obtenção do fleróvio, sabendo que foram emitidos três nêutrons (0 1n) durante o bombardeamento para a sua produção. Obs.: se necessário, consulte a tabela periódica. 12 Equação. D KO E st ú d io . 2 01 5. D ig ita l. Química em foco Química 27 Hora de estudo 1. (UECE) “Vi num sonho uma tabela em que todos os ele- mentos se encaixavam como o requerido. Ao despertar, escrevia-a imediatamente numa folha de papel” (do livro O sonho de Mendeleiev de Paul Strathern). Em relação à construção da classificação periódica e às propriedades periódicas dos elementos, podemos afirmar: a) Na sua consideração, Mendeleiev refere-se natural- mente a uma Lei Periódica baseada no alinhamento dos elementos na ordem crescente de números atô- micos. b) Mendeleiev queria provar que a energia de ionização de um elemento diminui à medida que se removem do átomo sucessivos elétrons. c) “Os elementos se encaixavam como o requerido” porque obedeciam à lei das oitavas de Lothar-Meyer, referencial da lei periódica de Mendeleiev. X d) O valor das previsões de Mendeleiev foi demons- trado com a descoberta dos elementos gálio (eka-alumínio), escândio (eka-boro) e germânio (eka-silício). 2. (UCS – RS) Os elementos de transição formam com- postos coloridos. Devido a essa característica, são uti- lizados para várias finalidades, como, por exemplo, em tatuagens. Os pigmentos coloridos mais comumente utilizados incluem sais de cádmio (amarelo ou verme- lho), de cromo (verde), de cobalto (azul) e de ferro (cas- tanho, rosa e amarelo). Todos os metais citados no texto: a) estão situados no quarto período da tabela periódica. b) são denominados elementos de transição interna. c) pertencem ao bloco f da tabela periódica. d) são denominados elementos representativos. X e) apresentam o elétron de maior energia situado no subnível d. 3. (FAFIRE – PE) Entre os compostos abaixo, qual é um metal alcalino, um gás nobre e um halogênio respecti- vamente? X a) Sódio, xenônio e cloro. b) Césio, potássio e hélio. c) Cálcio, bário e bromo. d) Radônio, argônio e rádio. e) Enxofre, oxigênio e neônio. 4. (URCA – CE) Quando colocadas em ordem crescente, de subníveis energéticos, as seguintes configurações eletrônicas: I. 2p6 2s2 1s2 3p6 3s2 4s2 II. 3p6 5s1 4s2 2p6 1s2 4p6 3d10 2s2 3s2 III. 3s2 1s2 3d10 2p6 2s2 4p6 3p6 4s2 IV. 3d10 2s2 4s2 2p6 1s2 4p5 3p6 3s2 Elas representam, respectivamente: a) alcalinoterroso, alcalino, calcogênio e halogênio. X b) alcalinoterroso, alcalino, gás nobre e halogênio. c) halogênio, calcogênio, alcalino e gás nobre. d) gás nobre, alcalinoterroso, halogênio e calcogênio. e) alcalinoterroso, halogênio, calcogênio e gás nobre. 5. (UNESP) Indicar a alternativa que contém somente elementos químicos pertencentes à classe dos semi- metais: a) B, C, N, O. b) O, S, Sn, Te. c) N, P, As, Sb. X d) B, Ge, Sb, Te. e) Be, C, P, Se. 6. (UERJ) O esquema representa a distribuição média dos elementos químicos presentes no corpo humano: (Adaptado de SNYDER, Carl H. The extraordinary chemistry of ordinary things. New York: John Wiley & Sons, Inc., 1997.) O elemento que contribui com a maior massa para a constituição do corpo humano é: a) carbono X b) oxigênio c) nitrogênio d) hidrogênio 7. (UEA – AM) O tântalo (Ta), elemento químico emprega- do na fabricação de pesos de balança e ferramentas de corte, faz parte da lista de elementos raros encon- trados no nosso planeta. 13 Gabaritos. 28 Volume 2 A respeito desse elemento, assinale a afirmativa correta: a) É um não metal localizado no sexto período da clas- sificação periódica. b) É um metal localizado no grupo 13 da classificação periódica. X c) É um elemento de transição externa com proprieda- des químicas similares às do nióbio (Nb). d) Pertence à série dos lantanoides. e) É um elemento representativo com propriedades químicas similares às do bário (Ba). 8. (OBQ – Júnior) É o elemento químico mais simples. Na Terra, é o nono elemento em abundância, sendo responsável por 0,9% da massa de nosso planeta. No Universo, é o mais abundante, estima-se em 75% da massa de toda matéria. Foi preparado pela primeira vez por Paracelsus, alquimista suíço do século XVI, mas, somente em 1766, ele foi distinguido de outros gases inflamáveis pelo químico inglês Henry Cavendish. Alguns anos depois, em 1781, o físico e químico francês Antoine-Laurent de Lavoisier atribuiu-lhe o nome pelo qual é designado até os nossos dias. PEIXOTO, Eduardo M. A. Elemento químico. Química nova na escola, 1, 1995. Adaptação. O elemento químico caracterizado no texto acima pos- sui configuração eletrônica de: a) 1s0 X b) 1s1 c) 1s2 d) 1s2 2s1 9. (UFPB) Os fósforos de segurança, aqueles usados para inflamar os combustíveis, são confeccionados da se- guinte forma: a lixa, aquela parte que fica na caixa, é constituída de silício e de fósforo vermelho (uma das formas alotrópicas do elemento fósforo); a cabeça do palito contém as substâncias antimônio, clorato de po- tássio e óxido de ferro vermelho (óxido de ferro III). Em relação aos elementos químicos fósforo, silício e antimônio é correto afirmar: X a) O antimônio e o silício são representados grafica- mente por Sb e Si respectivamente. b) O fósforo é classificado como elemento metálico e pertence ao grupo do enxofre. c) O silício é um não metal e pertence ao grupo do carbono. d) O fósforo apresenta configuração eletrônica 1s2 2s2 2p4 3s2 3p3. e) O silício encontra-se localizado no segundo período da tabela periódica. 10. (UDESC) Os elementos X e Y apresentam as seguintes configurações eletrônicas 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p3 e 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1, respectivamente. O período e a família em que se encontram esses elementos são: X a) Os elementos X e Y pertencem ao quarto período, sendo que o elemento X pertence à família VA, en- quanto o elemento Y pertence à família IA. b) Os elementos X e Y pertencem ao quarto período, sendo que o elemento X pertence à família IIIA, en- quanto o elemento Y pertence à famíliaIA. c) Os elementos X e Y pertencem à mesma família e ao mesmo período. d) Os elementos X e Y pertencem ao terceiro e primeiro períodos respectivamente. Quanto à família os dois elementos pertencem à família IVA. e) O elemento X é um elemento alcalino e o elemento Y é um halogênio. 11. (UFMA) Com relação ao elemento químico, cujo núme- ro atômico é igual a 26, é correto afirmar que: a) é um metal e está localizado no bloco s, família 2, 3.º período da tabela periódica. X b) é um metal e está localizado no 4º. período da tabela periódica, família 8. c) é um metal e está localizado no bloco d, família 6, 4.º período da tabela periódica. d) É um ametal e está localizado no bloco d, 3.º período da tabela periódica. e) É um ametal e está localizado no bloco d, 4.º período da tabela periódica. 12. (UFJF – MG) Localize, na tabela periódica, o elemento químico de número atômico 16. Sobre esse elemento, considere as afirmativas abaixo: I. Possui 16 prótons, 15 nêutrons e 16 elétrons. II. No estado fundamental, a sua configuração eletrôni- ca é 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4. III. Seu nome é silício. IV. É um halogênio. V. Está localizado no terceiro período da tabela periódica. Química 29 Assinale a alternativa que contém somente afirmativas corretas: a) I, II e III. b) II, IV e V. X c) II e V. d) IV e V. e) I, III e IV. 13. (UEPA) O tratamento de fraturas e os implantes dentários estão sendo considerados mais eficientes no Brasil, de- vido ao uso de parafusos e pinos de titânio para fixar as coroas dentárias, aparelhos ortodônticos e as dentadu- ras nos ossos da mandíbula e do maxilar. Considerando a importância da utilização do titânio para a melhoria da qualidade de vida do homem, podemos afirmar: a) Seu subnível mais energético é 3s2. b) É um elemento metálico representativo. c) Está localizado na tabela periódica no grupo 4A. d) Seu nível mais afastado do núcleo é 3d2. X e) Sua configuração eletrônica é [Ar] 4s2 3d2. 14. (PUC Minas – MG) Na tabela periódica, os elementos líquidos, nas condições ambientes, apresentam núme- ros atômicos: a) 53 e 87 X b) 35 e 80 c) 34 e 55 d) 48 e 80 15. (OBQ – Júnior) Uma equipe internacional de pesquisa- dores reunida em um Centro de Pesquisa na Alemanha conseguiu sintetizar e pro- var a existência de 13 átomos de um novo elemento químico (Z = 114). Publicada em 2010, a experiência consistiu em bombar- dear uma superfície recoberta de plutônio por íons de cálcio, acelerados com a ajuda de um acelerador de partículas. Dois núcleos atômicos de cálcio (Z = 20) e de plutônio (Z = 94) foram fundidos (fusão nuclear) para formar um núcleo do novo elemento. Dois isótopos foram revelados durante a pes- quisa, com números de massa 288 e 289. Disponível em: <http://www.lqes.iqm.unicamp.br/canal_ cientifico/>. Adaptação. Sobre esse novo elemento químico, é incorreto afirmar que: a) é considerado um elemento transurânico. b) ele apresenta átomos de massa 288 e 289. X c) é o primeiro elemento químico produzido pelo homem. d) o seu número atômico resulta da soma dos núme- ros atômicos do cálcio e do plutônio. 16. (IME – SP) Considere a versão tridimensional da tabela periódica sugerida pelo químico Paul Giguère. Nessa representação, a tabela periódica se assemelha a um cata-vento em que os blocos s, p, d, f são faces duplas formadoras das pás do cata-vento e o eixo de susten- tação está fixado ao longo do bloco s. Em relação à tabela acima, assinale a alternativa correta: a) O elemento α é um gás nobre. b) O elemento β é o 80Hg. X c) O íon γ+2 tem a configuração eletrônica do xenônio. d) O 75δ é isótono do 39 85 X. e) O elemento ε é o 43Tc, primeiro elemento artificial conhecido, e pertence ao grupo 6B ou 6 da tabela periódica usual. 17. (UFRN) O sódio é uma substância extremamente reativa e perigosa, podendo pegar fogo em contato com o ar: 4 Na(s) + O2(g) → 2 Na2O(s) (2) e reagir violentamente com a água: 2 Na(s) + 2 H2O(ℓ) → 2 NaOH(s) + H2(g) (3) É um elemento químico considerado essencial à vida humana. Quando combinado a outras substâncias, é utilizado, por exemplo, na produção de papel, de sabão e no tratamento de águas. Considerando-se as propriedades periódicas do sódio, é correto afirmar que ele é um metal: a) alcalinoterroso, de alta afinidade eletrônica. 16. 3030 Volume 2 b) alcalino, de alta energia de ionização. X c) alcalino, de baixa afinidade eletrônica. d) alcalinoterroso, de baixa energia de ionização. 18. (UFRN) O elemento químico silício é usado na fabrica- ção de ferramentas e de chips eletrônicos, entre outras aplicações. Isso se deve ao fato de o silício: a) ser um metal e apresentar baixo potencial de io- nização, isto é, poder ceder elétrons conforme a eletronegatividade do outro elemento com o qual forma uma ligação química. b) ser um semimetal e sua última camada apresentar configuração eletrônica de 3s2 3p1 3p1 3p1. X c) ser um semimetal e apresentar eletronegatividade média, isto é, atrair ou ceder elétrons, conforme a eletronegatividade do outro elemento com o qual forma uma ligação química. d) ser um não metal e sua última camada apresentar configuração eletrônica de 3s2 3p2 3p2. 19. (UNESP) Os átomos dos elementos X, Y e Z apresen- tam as seguintes configurações eletrônicas no seu es- tado fundamental: X: 1s2 2s2 2p5 Y: 1s2 2s2 2p6 3s1 Z: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p5 É correto afirmar que: a) entre os citados, o átomo do elemento X tem o maior raio atômico. X b) o elemento Y é um metal alcalino e o elemento Z é um halogênio. c) entre os citados, o átomo do elemento Z tem a maior afinidade eletrônica. d) o potencial de ionização do elemento X é menor do que o do átomo do elemento Z. e) o elemento Z pertence ao grupo 15 (VA) e está no quarto período da classificação periódica. 20. (UFMS) A classificação periódica dos elementos, pro- posta por Mendeleiev, em conjunto com a periodici- dade, proposta por Moseley, resultam em uma tabela que oferece uma grande quantidade de informações a respeito das propriedades físicas e químicas dos elementos e seus compostos, servindo de base para a compreensão das ligações químicas. De acordo com as informações contidas na tabela periódica, analise as afirmações abaixo e assinale a(s) correta(s): (01) Os elementos químicos são organizados em or- dem crescente de suas massas atômicas. X (02) Os elementos que formam a família 1A possuem elétrons de valência com configuração ns1. (04) Os elementos representativos, pertencentes ao terceiro período da tabela periódica, têm seus elétrons distribuídos em quatro camadas. X (08) O raio atômico, num grupo, aumenta com o au- mento do número atômico. X (16) Os elétrons de maior energia de um elemento do grupo 6A, pertencente ao quarto período, têm configuração 4p4. 21. (UDESC) Em 1869 Dimitri Mendeleiev (1834-1907) apresentou à comunidade científica a lei periódica dos elementos. Sentindo-se seguro da validade de sua classificação, deixou posições vazias na tabela, para elementos que viriam a ser descobertos. Predisse, com uma precisão surpreendente, suas propriedades; para isso utilizou como base as propriedades dos elementos vizinhos, tendo fundamentado a atual classificação pe- riódica dos elementos. Com base nas propriedades periódicas dos elementos, analise as informações abaixo: I. Os elementos do bloco s apresentam baixa energia de ionização; seus elétrons são perdidos com facili- dade. II. As energias de ionização dos elementos do bloco p são menores do que as dos elementos do bloco s. III. Todos os elementos do bloco d são metais, suas propriedades são intermediárias aos elementos do bloco s e p. Assinale a alternativa correta: a) Somente a afirmativa III é verdadeira. b) Somente as afirmativas II e III são verdadeiras. c) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. X d)Somente a afirmativa I é verdadeira. e) Somente a afirmativa II é verdadeira. 313333111131 Ligações químicas 04 O Universo, a Terra, as estrelas, a água, o ar, enfim, tudo que está ao nosso redor é formado por milhões de substâncias químicas diferentes. 1. Como é possível haver tanta diversidade de substâncias com uma quantidade tão reduzida de elementos químicos? 2. Quais são os tipos de ligações estabelecidas entre os átomos ou os íons desses elementos? 3. Que regras determinam a forma como esses átomos ou íons se combinarão? ©Shutterstock/3Dsculptor O Universo a Terra as estrelas a água o ar enfim tudo que está ao nosso redor é formado por milhões de Ponto de partida 1 32 Volume 2 A maioria dos elementos químicos encontrados na natureza está combinada a outros elementos, originando inúme- ras substâncias presentes no dia a dia. As unidades fundamentais que compõem uma substância química são constituídas por agrupamentos de átomos ou íons que se combinam por meio de ligações químicas. Ou seja, a existência de subs- tâncias indica a tendência natural que os átomos ou íons dos elementos têm para se ligarem conforme suas afinidades. Os gases nobres (He, Ne, Ar, Kr, Xe e Rn) são os únicos elementos que, nas condições ambientes, se encontram na forma de átomos isolados. Por apresentarem distribuições eletrônicas muito estáveis, conforme os altos valores de energias de ionização e o baixo valor de afinidade por elétrons adicionais, eles são pouco reativos. Assim, como as propriedades dos elementos estão relacionadas às suas configurações eletrônicas, a estabilidade desses gases está relacionada com o fato de que seus átomos apresentam o último nível de energia, isto é, a camada de valência com- pleta no estado fundamental. 2 Saiba mais sobre a estabilidade dos gases nobres. Com exceção do hélio, todos os gases nobres contêm oito elétrons de valência. Observe na tabela a distribuição eletrônica em camadas dos gases nobres. Gás nobre K L M N O P 2He 2 10Ne 2 8 18Ar 2 8 8 36Kr 2 8 18 8 54Xe 2 8 18 18 8 86Rn 2 8 18 32 18 8 Os átomos dos diferentes elementos químicos ganham, perdem ou compartilham seus elétrons por meio de ligações químicas, com a finalidade de atingirem o número de elétrons do gás nobre mais próximo deles na tabela periódica. Essa ideia foi sugerida pela primeira vez, em 1916, pelo cientista Walther Kossel (1888-1956) como Teoria Eletrônica de Valência. Mais tarde, foi aperfeiçoada pelos químicos Gilbert Newton Lewis (1875-1946) e Irving Langmuir (1881-1957) com o nome regra do octeto. Essa regra não explicou a estabilidade dos átomos, porém identificou uma regularidade por meio das configurações eletrônicas de alguns elementos ao participarem de ligações químicas. Lewis e Kossel, cientistas que contribuíram com o estudo das ligações químicas. La tin St oc k/ Sc ie n ce Ph ot o Li b ra ry /L aw re n ce Be rk el ey N at io n al L ab or at or y © W ik ip ed ia C om m on s/ G FH u n d Objetivos da unidade: identificar o tipo de ligação que um elemento pode estabelecer, sendo conhecida sua posição na tabela periódica; caracterizar as ligações iônica, covalente e metálica; esquematizar as ligações iônica e covalente; escrever as fórmulas de substâncias iônicas e moleculares; representar as substâncias com símbolos, fórmulas e expressões próprias da Química. Química 33 Configuração de especial estabilidade De acordo com a regra do octeto, os átomos não estáveis ligam-se uns aos outros a fim de adquirir oito elétrons na camada mais externa. Esses elétrons, também conhecidos como elétrons de valência, são os que determinam as propriedades químicas do elemento, assim como sua estabilidade. Para descrever os elétrons na camada de valência de um átomo, Lewis introduziu um sistema prático em que o sím- bolo do elemento representa o núcleo do seu átomo e seus elétrons internos; ao seu redor são colocados os elétrons mais externos. Observe no esboço da tabela periódica a seguir a simbologia para representar os elétrons de valência dos elementos representativos. Ligação iônica Há uma violenta reação química, com liberação de energia, quando o sódio metálico (Na(s)) entra em contato com moléculas de gás cloro (Cℓ2(g)), provocando a formação de cátions Na + e ânions Cℓ–. Esses íons permanecem fortemente ligados por atração eletrostática, formando o composto representado pela fórmula NaCℓ – um dos principais consti- tuintes do sal de cozinha. A ligação entre esses íons, chamada de iônica ou eletrovalente, é formada pela transferência de um ou mais elétrons de um elemento menos eletronegativo, normalmente um metal como o sódio, para outro de maior eletronegatividade, em geral um não metal, por exemplo, o cloro. Mas, para que ocorra a ligação, é necessário que um dos elementos participantes tenha tendência de perder elétrons, e o outro, de receber esses elétrons. O hidrogênio, por exemplo, tem um elétron de valência. As- sim, em reações, iguala-se à configuração do gás hélio apresentando dois elétrons em seus compostos. 3 Exceções à regra do octeto. Os elementos dos grupos 1, 2 e 13 da tabela periódica tendem a perder seus elétrons de valência, respecti- vamente um, dois e três elétrons. Os elementos dos grupos 15, 16 e 17 tendem a receber elétrons, respec- tivamente três, dois e um elétron. Os elementos do grupo 14 apresentam baixa tendência para participar da ligação iônica. Um dos elementos presentes na compo sição do sal de cozinha é o sódio – elemento quí- mico envolvido na manutenção do equi líbrio de líquidos do corpo. No entanto, o aum ento da quantidade de sódio no organismo pro voca uma alteração nesse equilíbrio. 34 Volume 2 Para entender como ocorre essa transferência, é possível utilizar a regra do octeto, como se verifica nas distribuições eletrônicas dos átomos de sódio e cloro. Lembre que a regra do octeto só se aplica a alguns elementos representativos. 11Na: 1s 2 2s2 2p6 3s1 17Cℓ: 1s 2 2s2 2p6 3s2 3p5 Camada de valência: 3s Camada de valência: 3s 3p Elétrons de valência: 1 Elétrons de valência: 7 De acordo com a regra do octeto, nenhum dos átomos acima representados se encontra eletricamente estável. Porém, se houver a transferência de um elétron do sódio para o cloro, ambos passam a ter a mesma configuração eletrônica do gás nobre mais próximo da tabela periódica. 11Na +: 1s2 2s2 2p6 = [Ne] 17Cℓ –: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 = [Ar] A força de atração entre o íon positivo (Na+) e o íon negativo (Cℓ–) origina uma substância iônica, também conhecida por com- posto iônico, neste exemplo, o cloreto de sódio. Por isso, pode-se di- zer que a principal razão para os compostos iônicos serem estáveis é a interação entre os íons de cargas opostas. Essa atração mantém os íons unidos, liberando energia e fazendo com que eles ocupem posições bem definidas em um arranjo ou em uma rede cristalina de alta estabilidade. Considerando que há forças de atração e repulsão atuando em todas as di- reções, conclui-se que um íon deverá dispor, ao seu redor, de tantos íons de cargas opostas quantos forem possíveis. Contudo, isso depende do valor das cargas e do tamanho dos íons. O que põe o mundo em movimento é a intera- ção das diferenças, suas atrações e repulsões; a vida é pluralidade, morte é uniformidade. Octavio Paz Lozano (ganhador do Nobel de Literatura de 1990) É importante destacar que não existem átomos livres dos elementos sódio e cloro na natureza. A formação do cloreto de sódio ocorre pela reação entre as substâncias simples: sódio metálico (Na) e gás cloro (Cℓ2). A existência do retículo iônico determina as principais características dos compostos iônicos: • sólidos nas condições ambientes (25 ºC e 1 atm); • aspecto cristalino; • elevados pontos de fusão e ebulição; • quando fundidos ou dissolvidos em água, conduzem corrente elétrica. A transferênciade elétrons sempre estará re- lacionada à camada de valência dos átomos que participam da ligação. Portanto, os elé- trons saem da última camada de um átomo e entram na última camada do outro átomo. Retículo cristalino do NaCℓ Ja ck A rt . 2 01 0. D ig ita l. Quando os compostos iônicos são aquecid os (fundidos), eles se tornam líquidos. Tal fato possibilita a existência de íons com liberda de de movimento, o que permite a condução de corrente elétrica. Química 35 Pode-se aplicar a simbologia de elétrons de Lewis para representar a ligação entre os íons envolvidos. No exemplo, utilizou-se um átomo de cloro em vez da molécula Cℓ2, formada por dois átomos de cloro. A seta tracejada indica a transferência de um elétron do átomo de sódio para o átomo de cloro. Assim, cada íon tem um octeto de elétrons. A fórmula química de um composto iônico deve ser representada pela mínima proporção entre os átomos que se ligam, formando um sistema eletricamente neutro. Nessas condições, é necessário que o número de elétrons perdidos por um átomo seja igual ao número de elétrons recebidos por outro. Para determinar, de maneira simplificada, a quantidade necessária de cada íon na formação do composto iônico, utiliza-se o esquema em que o cátion sempre estará à esquerda e o ânion, à direita da fórmula. Verifica-se que a carga do cátion representará, em módulo, a quantidade de ânions e a carga do ânion, da mesma maneira, indicará a quantidade de cátions, na mínima proporção entre os átomos que se ligam. Veja outro exemplo utilizando o modelo de octeto. 20Ca: 1s 2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 17Cℓ: 1s 2 2s2 2p6 3s2 3p5 Camada de valência: 4s Camada de valência: 3s 3p Elétrons de valência: 2 Elétrons de valência: 7 Para adquirir estabilidade, o cálcio (elemento metálico) deve ceder seus dois elétrons de valência. Porém, o cloro (elemento não metálico) precisa de apenas um elétron. Por isso, um átomo de cálcio precisa de dois átomos de cloro para receber seus elétrons. Ao ceder seus elétrons, o cálcio se transforma em um íon com carga 2+ e cada átomo de cloro, ao receber um elétron, adquire carga 1–. Assim, o íon fórmula pode ser representado da seguinte maneira: Portanto, a menor relação entre esses íons indicada pela fórmula mínima é: CaCℓ2. Os colchetes ao redor do íon cloro enfatizam que os oito elé- trons estão localizados exclusi- vamente no íon Cℓ–. Oriente os alunos a fazer a simplificação sempre que possível. 36 Volume 2 ConexõesConexões Ligação covalente Boa parte das substâncias químicas, com as quais se tem contato no dia a dia, não apresenta características de com- postos iônicos. Em geral, tendem a ser gases, líquidos ou sólidos com baixos pontos de fusão. Para essa classe de substân- cias que não se comporta como iônica, há um novo modelo, proposto por Lewis, que explica a ligação entre os átomos. Lewis foi um dos primeiros químicos a propor que os átomos poderiam adquirir a estabilidade dos gases nobres pelo compartilhamento de pares eletrônicos da camada de valência, por meio da ligação covalente. A ligação covalente é a que ocorre entre os átomos dos elementos que tendem a receber elétrons, em geral, não metais e, em alguns casos, semimetais. 4 Compostos moleculares e covalentes, qual é a diferença? A molécula de hidrogênio (H2) é o exemplo mais simples de ligação covalente, pois, por meio da sua fórmula molecular, é possível afirmar que são necessários dois átomos de hidrogênio para a formação da molécula. Portanto, para que os átomos de hidrogênio adquiram configuração eletrô- nica semelhante à de um gás nobre, nesse caso o hélio (He), são necessários dois elétrons na sua camada de valência. Em resumo, com o compartilhamento de um par de elétrons, os dois átomos participantes da ligação permanecem unidos por um conjunto de forças atrativas e repulsivas. Vale ressaltar que é a força de atração que os mantém juntos. Veja outras formas de as ligações covalentes entre os átomos serem representadas: • fórmula eletrônica ou de Lewis – representa o modo como ocorre o compartilhamento de elétrons na camada de valência com a formação dos pares eletrônicos; • fórmula estrutural – simbolizada por um traço (–) que liga cada par eletrônico compartilhado entre dois áto- mos, mostra a estrutura da ligação no plano. Hidrogênio limpo produzido a partir da água suja Uma célula de combustível a hidrogênio produz eletricidade sem qualquer poluição – ela produz apenas vapor-d’água como subproduto. O problema é que processo de produção do hidrogênio ainda é ba- seado em matrizes fósseis. É por isso que se busca com tanto afinco uma forma de obter hidro- gênio a partir de fontes limpas. Pesquisadores brasileiros estão concentrando seus esforços não exa- tamente em algo limpo, mas na água suja descartada pelas indústrias cítrica e sucroalcooleira. Se tiverem êxito, ao menos em termos ambientais o processo será duplamente limpo: a água poluída será tratada e o hidrogênio dispensará o gás natural para sua produção. © Sh u tt er st oc k/ A se A fórmula molecular indica a quantidade de átomos de cada elemento que compõe a molécula. Química 37 HIDROGÊNIO COMBUSTÍVEL Há alguns entraves técnicos a serem vencidos antes que as células a combustível a hidrogênio tornem- -se tecnicamente viáveis. Mas o principal problema é, sem dúvida, o próprio combustível. O hidrogênio não é encontrado isolado na natureza. Os processos disponíveis atualmente para obtê-lo são tão caros e poluentes que quase chegam a anular os benefícios proporcionados pelo uso das células. [...] A ideia é usar os efluentes para gerar hidrogênio e acoplar essa fonte de energia ao sistema de tratamen- to da empresa. Uma possibilidade é colocar os resíduos em reatores biológicos. Com o gás liberado por esses reatores, seria possível gerar eletricidade. [...] 5 Sugestão de resposta para a Pesquisa. A formação de uma ligação entre átomos de cloro para a obtenção da molécula Cℓ2 pode ser representada de modo similar: O átomo de cloro isolado apresenta sete elétrons em sua última camada, por isso necessita de mais um elétron para completar o octeto. A fim de adquirir estabilidade, cada átomo de cloro compartilha um par de elétrons para atingir a configuração eletrônica do gás nobre argônio. O resultado é uma molécula de cloro formada por dois átomos desse elemento. O compartilhamento de um par eletrônico constitui uma ligação simples. Porém, em muitas moléculas, os átomos atingem o octeto com o compartilhamento de mais de um par de elétrons. Para a formação da molécula de oxigênio (O2), por exemplo, serão necessários dois pares de elétrons representando uma ligação dupla. INOVAÇÃO TECNOLÓGICA. Hidrogênio limpo produzido a partir da água suja. Disponível em: <http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/ noticia.php?artigo=hidrogenio-limpo-produzido-partir-agua-suja&id=010125140331#.VA0vaPmwLwx>. Acesso em: 28 ago. 2014. Após a leitura do texto e com seus conhecimentos sobre ligações químicas, faça o que se pede. a) Certamente o gás hidrogênio será um combustível importante em um futuro não muito distante. Em meados de 1860, os químicos já sabiam que o gás hidrogênio era constituído de moléculas diatômicas, H2. Porém, eles tenta- vam entender de que maneira seria a ligação química entre os dois átomos de hidrogênio. Em 1916, Gilbert Newton Lewis propôs que haveria a formação de um par eletrônico que pertenceria a ambos os átomos da molécula. Na realidade, esses átomos estariam compartilhando um par de elétrons. Com isso, cada átomo de hidrogênio passaria a ter dois elétrons de valência, adquirindo a estabilidade eletrônica. Faça as representações da molécula de hidrogênio. Fórmula molecular Fórmula eletrônica Fórmula estrutural H2 H •• H H – H b) A promessa de reduzir significativamente os níveis de poluição é uma das diversas vantagens da utilização do gás hidrogênio como combustível.Mas, enquanto isso não se efetiva, são noticiados vários problemas ambientais associados aos combustíveis derivados do petróleo. Cite alguns desses problemas. Lembre os alunos de que o gás hidrogênio (H2) apre- senta configuração eletrônica semelhante à do gás hélio (He), que é a única exceção em relação à camada de valência com- parado aos demais gases nobres. 38 Volume 2 O quadro a seguir indica o número de ligações covalentes necessárias para que os elementos representativos de alguns grupos da tabela periódica atinjam a configuração de estabilidade. Complete a primeira coluna com a identifi- cação do grupo que corresponde às características que foram apresentadas. Para isso, considere que a primeira linha equivale ao hidrogênio, pois é o único elemento que não se enquadra em nenhum grupo da tabela periódica, apesar de algumas vezes ser representado no grupo 1 por ter apenas um elétron no nível de valência. Elementos Ligações Fórmula estrutural Valência Hidrogênio 1 ligação simples H — monovalente Grupo 14 4 ligações simples ou 2 ligações simples e 1 ligação dupla ou 1 ligação simples e 1 ligação tripla ou 2 ligações duplas X X X X tetravalente Grupo 15 3 ligações simples ou 1 ligação simples e 1 ligação dupla ou 1 ligação tripla X X X trivalente Grupo 16 2 ligações simples ou 1 ligação dupla X X bivalente Grupo 17 1 ligação simples X monovalente Uma ligação tripla corresponde ao compartilhamento de três pares de elétrons. Veja o exemplo da molécula de N2. Organize as ideias Química 39 As moléculas de substâncias compostas também podem ser formadas por átomos unidos por meio de ligações covalen- tes. Para a formação da molécula de água (H2O), o elemento cen- tral (oxigênio) se liga aos dois átomos de hidrogênio por duas ligações covalentes simples. Neste momento, não é relevante a preocupa- ção com a geometria da molécula. Na formação da molécula de amônia (NH3), o elemento central (nitrogênio) tem cinco elétrons de valência, ou seja, com mais três elétrons compartilhados, adquire a camada completa. Dessa forma, o nitrogênio se liga a três átomos de hidrogênio por meio de ligações covalentes simples. A regra do octeto é extremamente útil para os elementos representativos, porém, pode ser considerada mais como uma orientação para buscar uma estrutura de Lewis – na qual cada átomo tem oito elétrons em sua camada de valência (ou dois, no caso do hidrogênio) – que uma regra propriamente dita. Existem alguns elementos, tais como berílio, boro, fósforo e enxofre, que formam compostos estáveis, mas não apresentam oito elétrons na última camada. Exemplos: BeH2, BF3, PCℓ5, SF6. Ligação coordenada Na tentativa de compreender como ocorreriam algumas moléculas que não podiam ser explicadas por meio do modelo da ligação covalente normal, foi formulada a Teoria da Ligação Covalente Coordenada. Nesse tipo de ligação, um dos átomos que adquiriu estabilidade com ligações covalentes normais e que ainda dispõe de par de elétrons pode compartilhar esses elétrons com outro átomo que ainda não esteja com o octeto completo. Na fórmula estrutural, essa ligação pode ser representada por um traço (–) entre o átomo doador e o átomo receptor ou por uma seta ( → ). O exemplo clássico que representa essa ligação é o dióxido de enxofre (SO2). Por meio de ligações covalentes sim- ples, o enxofre compartilha seus elétrons de valência com o oxigênio, de forma que ambos consigam os oito elétrons em sua última camada. Para satisfazer essa condição, ocorre uma ligação dupla entre os átomos desses elementos. Porém, a molécula formada é instável, não sendo isolada na natureza. As substâncias compostas têm em sua composição mais de um elemento quími co. 40 Volume 2 Como o átomo de enxofre tem um par de elétrons não ligados, este pode ser compartilhado por ligação coordenada com outro átomo de oxigênio. Forma-se, assim, a molécula estável de dióxido de enxofre (SO2). 6 Exceção à regra do octeto. Nos livros acadêmicos, em geral, o modelo de ligação coordenada não é apresentado, pois não se considera necessário esclarecer de que átomo os elétrons disponíveis foram compartilhados. Represente as fórmulas para o trióxido de enxofre e explique como cada átomo constituinte se estabiliza para a formação desse composto. 7 Gabarito. Fórmula molecular Fórmula eletrônica Fórmula estrutural SO3 f O quadro a seguir indica o número de ligações coordenadas possíveis para alguns grupos da tabela periódica. Grupo Camada de valência Número de ligações covalentes simples Número de ligações coordenadas possíveis 14 4 elétrons X 4 covalentes Não faz coordenada. 15 5 elétrons X 3 covalentes X — 1 coordenada 16 6 elétrons — X — 2 covalentes — X — 1 ou até 2 coordenadas 17 7 elétrons X — 1 covalente X 1, 2 ou até 3 coordenadas Organize as ideias Química 41 O grupo de átomos unidos por ligação covalente que origina um número determinado de moléculas é chamado de molecular. Entre as características gerais dos compostos moleculares, tem-se que: • nas condições ambientes (25 ºC e 1 atm), podem existir nos estados sólido, líquido ou gasoso; • em geral, têm pontos de fusão e ebulição inferiores aos das substâncias iônicas; • quando puros, não conduzem corrente elétrica. Ligação metálica A utilização dos metais pela humanidade modificou profundamente a sociedade. Com a Era dos Metais, armas, ferramentas e utensílios tornaram-se mais eficientes, resistentes e sofisticados. No entanto, para a fabricação desses materiais, era essencial o conhecimento do uso do fogo, pois havia a necessidade do aquecimento do metal para moldá-lo. Exceção para os compostos em solução. Os ácidos em água, por exemplo, se ionizam e apresentam condutividade. Exemplos de alguns objetos de metal que estão presentes no cotidiano. Elétrons livres ao se movimentarem criam a nuvem eletrônica. A principal característica dos metais é ter baixo valor de energia de ionização, isto é, o núcleo exerce pequena atração nos seus elétrons mais externos. Assim, os elétrons de valên- cia são atraídos por todos os núcleos dos átomos envolvidos na ligação metálica, movimentando-se com facilidade de um lado para o outro. O resultado desse movimento contínuo de elétrons é conhecido como nuvem eletrônica. Por meio dessa nuvem se justificam algumas das propriedades dos metais como a condutividade, a ductibilidade e a maleabilidade. Além de condutores de calor e eletricidade, dúcteis e maleáveis, os metais apresentam as seguintes características: • brilho característico; • em geral, elevados pontos de fusão e ebulição. Há exceções como o mercúrio, o césio e o frâncio. © Sh u tt er st oc k/ N n ei rd a © Sh u tt er st oc k/ Br ia n A J ac ks on © Sh u tt er st oc k/ Su kp ai b oo nw at Ja ck A rt . 2 01 0. D ig ita l. ductibilidade: capacidade de se transformar em fios. maleabilidade: capacidade de se transformar em lâminas. Além de o Brasil ser um grande explorador de metais, como o minério de ferro, o mercado de trabalho para o engenheiro me-talúrgico vem crescendo em função dos grandes investimentos no setor petrolífero e nas indústrias naval e automobilística. 42 Volume 2 Diferentemente das ligações iônicas e covalentes, a regra do octeto não se aplica às ligações metálicas, portanto não há representação eletrônica. Por exemplo, uma lâmina de cobre é constituída por uma grande quantidade de áto- mos de cobre e é representada simplesmente pelo símbolo do elemento, nesse caso, Cu. Dessa forma, o agrupamento dos átomos de metais forma um retículo cristalino. Ligas metálicas A maioria dos materiais metálicos utilizados diariamente são ligas metálicas, pois eles têm outros elementos mis- turados ao metal principal. As moedas que circulam atualmente no Brasil, por exemplo, são ligas monetárias cuja composição, em geral, é de cobre e níquel.Moedas Composição 5 centavos: aço (liga de Fe e C) e Cu. 10 e 25 centavos: aço (liga de Fe e C), Sn e Cu. 50 centavos: Cu e Ni. 1 real: Cu e Ni, no disco interno e alpaca (liga de Cu, Ni, Sn e Ag) no disco externo. © Sh u tt er st oc k/ Fr ed C ar d os o Em outras palavras, as ligas são misturas sólidas com propriedades metálicas de dois ou mais elementos, normal- mente metais, podendo apresentar pequenas quantidades de semimetais e não metais. Por isso, as propriedades de uma liga, em geral, são diferentes de seus componentes, quando analisados separadamente. Observe, no quadro a seguir, outros exemplos de ligas metálicas. LIGA METÁLICA Componentes Características Aplicações Aço Fe (98,5%); C (0,5-1,7%); traços de Si, S e P. Resistência à corrosão. Fabricação de ligas; utensílios domésticos. Aço inox Aço (74%); Cr (18%); Ni (8%). Resistência à oxidação, boa aparência. Decoração; utensílios de cozinha; talheres. Ouro 18 quilates Au (75%); Ag (12,5%); Cu (12,5%). Dureza, resistência à oxidação. Fabricação de joias. Bronze Cu (90%); Sn (10%). Facilmente moldado. Engrenagens; decoração; moedas. Latão Cu (67%); Zn (33%). Flexível, boa aparência. Tubos; torneiras; decorações. Amálgama Composição variada: Hg, Cd, Sn, Ag, Cu. Facilmente moldada, relativa inércia química. Obturação dentária. Química 43 8 Gabaritos. 1. A água mineral pode ser proveniente de fontes natu- rais ou artificiais. Porém, independentemente da sua origem, apresenta vários íons dissolvidos. Consideran- do que o seu principal ânion é o Cℓ−, represente os compostos iônicos formados pela ligação entre esse íon negativo com os seguintes cátions: a) Na+ NaCℓ b) Ca2+ CaCℓ2 c) Mg2+ MgCℓ2 d) Ba2+ BaCℓ2 e) Sr2+ SrCℓ2 f) K+ KCℓ 2. (UFPR) Com base nas propriedades periódicas, discuta, justificando, a veracidade ou falsidade das seguintes afirmativas: a) Os elementos dos grupos 1 e 2, quando se asso- ciam com elementos dos grupos 16 e 17, tendem a formar compostos iônicos. b) Dentro de um mesmo período, a energia de ioniza- ção tende a diminuir da esquerda para a direita da tabela periódica. 3. O íon fluoreto (F–), presente nos cremes dentais, tem a função de evitar a formação de cáries. Associado ao íon cálcio (Ca2+), forma um composto iônico conheci- do como fluoreto de cálcio. Determine a fórmula desse composto. CaF2 4. O óxido de alumínio, considerado o segundo composto mais abundante da crosta terrestre, é formado pela ligação iônica entre o alumínio e o oxigênio. Esse composto é também o principal componente do minério denominado bauxita, matéria-prima para o metal alumínio. Com auxílio das informações da tabela periódica do material de apoio, escreva a fórmula desse composto. Aℓ2O3 j 5. Em 2011, o nordeste do Japão foi atingido por um ter- remoto com magnitude de 8,9 graus na escala Richter que gerou um tsunami de 10 metros. O terremoto e o tsunami que devastaram o país em 11 de março provo- caram um grave acidente nuclear que comprometeu o sistema de refrigeração de reatores da usina de Fuku- shima, levando a incêndios e explosões. Uma das con- sequências desse acidente foi o vazamento de isótopos radioativos que podem aumentar a incidência de certos tumores glandulares. Para minimizar essa probabilida- de, foram prescritas, à população mais atingida pela radiação, pastilhas de iodeto de potássio (KI). Qual é o tipo de ligação entre os elementos desse com- posto? Justifique sua resposta utilizando a distribuição eletrônica dos elementos. Dados: K (Z = 19) e I (Z = 53) 6. (UFERSA – RN) Se dois elementos, M e X, apresentam as configurações eletrônicas, [1s2 2s2 2p6 3s2] e [1s2 2s2 2p5], respectivamente, é correto afirmar que: X a) os dois elementos reagem para formar um sal de fórmula MX2. b) o elemento M é um metal alcalino. c) o elemento X é um metal do grupo 2 da tabela pe- riódica. d) o elemento X é um não metal do grupo 16 da tabela periódica. 7. Com base nos seus conhecimentos, diferencie ligação iônica de ligação covalente. 8. (UFV – MG) Os elementos oxigênio, cloro, sódio e cálcio são reativos e na natureza são encontrados combina- dos. O oxigênio e o cloro formam moléculas diatômicas e o sódio e o cálcio podem formar substâncias, como o cloreto de sódio e o óxido de cálcio. Assinale a alter- nativa em que estão corretas as informações sobre a fórmula química, a ligação química e o estado físico dessas substâncias, respectivamente: a) O2, iônica, gás. X b) Cℓ2, covalente, gás. c) NaCℓ, iônica, líquido. d) CaO, covalente, líquido. tsunami: enorme onda marinha causada por maremoto ou por erupção vulcânica. Atividades 44 Volume 2 9. O acúmulo de gases estufa faz com que a irradiação de calor da superfície terrestre fique retida na atmosfera. Des- sa forma, o calor não é lançado para o espaço, provocando o aquecimento da superfície da Terra. Esse fenômeno conhecido como efeito estufa tem como principais responsáveis os gases dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4). Represente as fórmulas moleculares, eletrônicas e estruturais para cada um deles. Composto Fórmula molecular Fórmula eletrônica Fórmula estrutural Dióxido de carbono CO2 Metano CH4 10. A atmosfera terrestre é constituída principalmente por uma mistura de nitrogênio (N2), oxigênio (O2) e pequenas proporções de outros gases, como o dióxido de carbono (CO2) e argônio (Ar). Há ainda traços de hélio (He), neônio (Ne), criptônio (Kr), xenônio (Xe) e radônio (Rn). Como é possível perceber, esses últimos gases encontram-se na forma monoatômica, ou seja, não estão ligados a nenhum outro elemento químico. Em dois trabalhos distintos, os cientistas Kossel e Lewis, observando a distribuição eletrônica do neônio e do argônio, elaboraram uma teoria, com base na estabilidade dos gases nobres, para justificar as ligações químicas entre os átomos dos diferentes elementos químicos. a) De acordo com a distribuição eletrônica desses gases: • Neônio (10Ne): K = 2; L = 8; • Argônio (18Ar): K = 2; L = 8; M = 8; explique a que fator foi atribuído essa estabilidade. b) O argônio é muito utilizado em bulbos de lâmpadas incandescentes para que o filamento de tungstênio, ao ser aquecido, não queime em contato com esse gás. Qual é a principal característica dos gases nobres que permite, por exemplo, a utilização do gás argônio nesse tipo de lâmpada? c) Os gases nitrogênio (N2), oxigênio (O2) e dióxido de carbono (CO2) são formados por ligação covalente. Qual é a principal característica desse tipo de ligação quanto à natureza dos átomos e ao comportamento dos elétrons? d) Os elementos químicos nitrogênio e oxigênio pertencem, respectivamente, aos grupos 15 e 16 da tabela periódica. Demonstre, pelas fórmulas eletrônica e estrutural, como esses dois elementos se combinam para formar substân- cias simples. 11. A técnica de exploração de minérios dedicada principalmente à extração de pedras preciosas, como o ouro, é co- nhecida como garimpo. No processo de garimpagem, o mercúrio é utilizado em sua forma líquida para atrair o ouro diluído, formando uma liga conhecida por amálgama. a) Que tipo de ligação ocorre entre o ouro e o mercúrio? b) Como é feita a separação da amálgama para a obtenção do ouro puro? Esse processo pode trazer algum tipo de problema à saúde do garimpeiro? ) Química 45 © H BO /C ou rt es y Ev er et t C ol le ct io n12. A série de televisão norte-americana Game of Thrones é baseada na coleção de livros de Geor- ge R. R. Martin, As crônicas de gelo e fogo. Nesse seriado, frequentemente são feitas referên- cias à utilização do aço valiriano, um tipo de aço especial utilizado para produzir armamentos de qualidade incomparável. No conto, as lâminas desse aço são mais leves, mais fortes e mais afiadas que as demais ligas forjadas. Explique a vantagem de utilizar ligas metálicas na produção de materiais emvez de metal puro, como o ferro, por exemplo. 13. (PUC – SP) Analise as propriedades físicas na tabela: AMOSTRA Ponto de fusão Ponto de ebulição Condução de corrente elétrica a 25 ºC 1 000 ºC A 801 ºC 1 413 ºC isolante condutor B 43 ºC 182 ºC isolante – C 1 535 ºC 2 760 ºC condutor condutor D 1 248 ºC 2 250 ºC isolante isolante Segundo os modelos de ligação química, A, B, C e D podem ser classificados, respectivamente, como: a) composto iônico, metal, substância molecular, metal. b) metal, composto iônico, composto iônico, substância molecular. c) composto iônico, substância molecular, metal, metal. d) substância molecular, composto iônico, composto iônico, metal. X e) composto iônico, substância molecular, metal, composto iônico. Sugestão de atividades: questões de 1 a 17 da seção Hora de estudo. Estabilidade das moléculas Com as estruturas de Lewis, foi possível entender como se estabelecem as ligações covalentes entre os átomos e a composição química das moléculas. Porém, a fórmula eletrônica não mostra um dos aspectos mais importantes – a forma espacial das moléculas. As formas espaciais e os tamanhos das moléculas são definidos pelos ângulos e pelas distâncias entre os núcleos dos átomos envolvidos, e juntamente com as interações e a polaridade determinam as propriedades de uma substância. Geometria molecular Quando ocorre uma ligação química, os átomos formam ângulos entre si, adotando determinada geometria. Exis- tem várias teorias que permitem fazer uma previsão sobre a geometria das moléculas, entretanto, um método confiá- vel é o modelo de repulsão dos pares eletrônicos da camada de valência (VSEPR). Esse modelo foi proposto, em 1940, por Nevil Vincent Sidgwick (1873-1952) e desenvolvida por Ronald Sydney Nyholm (1917-1971), autor que a publicou em 1957. O modelo foi aperfeiçoado e divulgado novamente, em 1970, por Ronald James Gillespie (1924). De acordo com o modelo, os pares de elétrons que ligam os átomos (pares ligantes) e os pares não ligantes se repelem mutuamente e se orientam atingindo o maior distanciamento possível, ou seja, ficam em posições mais afastadas no espaço. VSEPR: do inglês Valence Shell Electron-Pair Repulsion. Uma pequena variação na forma ou no ta- manho de uma substância, por exemplo, pode aumentar a efetividade de um me di- camento ou reduzir seus efeitos colaterais . 46 Volume 2 A tabela a seguir demonstra, de forma simplificada, como a geometria é definida pelos pares de elétrons ao redor do átomo central. Número de pares ligantes Número de pares isolados Número de nuvens eletrônicas Geometria molecular Exemplos 2 0 2 linear 3 2 0 1 3 trigonal plana angular 4 3 2 0 1 2 4 tetraédrica piramidal angular 5 0 5 bipirâmide trigonal 6 4 0 2 6 octaédrica quadrado planar A geometria dos pares de elétrons é adotada por todos os elétrons de valência dispostos ao redor do núcleo do átomo central, mas é a geometria molecular que determina o arranjo espacial do átomo central e dos átomos ligados diretamente a ele. Observe a seguir os exemplos de geometria molecular e dos ângulos de ligação: • Gás carbônico (CO2) Na molécula de CO2, o átomo de carbono (central) está ligado a dois átomos de oxigênio por meio de uma ligação dupla, conforme se observa nas fórmulas eletrônica e estrutural. Como o átomo central não apresenta pares de elétrons Comente que os pares de elétrons isolados no átomo central também ocupam posições no espaço. 9 Correspondência entre a ligação covalente e o par de elétrons. 10 Modelos de balões: uma forma de prever a geometria dos pares de elétrons. Ilu st ra çõ es : J ac k A rt . 2 01 5. D ig ita l. Química 47 isolados, pode-se dizer, de acordo com as fórmulas, que há dois pares de elétrons nessa molécula, ou seja, duas nuvens eletrônicas. Portanto, esse composto apresenta geometria linear. Molécula de CO2: geometria linear • Água (H2O) A molécula de água apresenta quatro pares de elétrons, ou seja, quatro nuvens eletrônicas. Duas correspondem ao número de pares de elétrons ligantes e as outras duas, aos pares de elétrons não ligantes (isolados). Neste exemplo, tem-se a geometria angular. Molécula de H2O: geometria angular • Amônia (NH3) Da mesma forma que na molécula de água, na molécula de amônia também há quatro nuvens eletrônicas. A dife- rença é que, desses quatro pares de elétrons, três são ligantes e um isolado. Por isso, conclui-se que a molécula de NH3 é representada pela geometria piramidal. Molécula de NH3: geometria piramidal • Hidreto de boro (BH3) A molécula de BH3 contém três nuvens eletrônicas que correspondem a três pares de elétrons ligantes. Como não há par de elétrons não ligante, a geometria é definida como trigonal plana. Molécula de BH3: geometria trigonal plana • Metano (CH4) Na molécula de metano, o átomo de carbono apresenta quatro ligações covalentes simples em quatro átomos de hidrogênio, sendo uma ligação para cada átomo H. A presença de quatro pares de elétrons ligantes e nenhum isolado ao redor do átomo central justifica a geometria tetraédrica. Molécula de CH4: geometria tetraédrica O par de elétrons não ligante ocupa uma “região” maior que o par de elétrons ligante. O boro é uma exceção da regra do octeto, pois forma substâncias moleculares com três ligações simples. Dessa forma, apresenta apenas seis elétrons na última camada. Comente com os alunos que uma ligação dupla equivale a um par de elétrons ligantes. Explique aos alunos que as molé- culas formadas por dois átomos, do mesmo elemento ou de ele- mentos diferentes, terão sempre geometria linear. Ilu st ra çõ es : J ac k A rt . 2 01 5. D ig ita l. 48 Volume 2 Os arranjos eletrônicos nas moléculas Os arranjos eletrônicos nos átomos centrais dos pares de elétrons do metano, da amônia e da água são te- traédricos, pois todos apresentam quatro pares de nuvens eletrônicas. O metano, entretanto, com quatro pares ligantes, apresenta geometria tetraédrica (109,5°). A amônia com três pares ligantes e um par não ligante tem geometria piramidal (107°). A água com dois pares ligantes e dois pares não ligantes apresenta geometria angu- lar (105°). A diminuição do ângulo de ligação nesta série pode ser explicada pelo fato de os pares não ligantes (isolados) terem uma exigência espacial maior que os pares ligantes. Polaridade As propriedades físicas e químicas das substâncias dependem, fundamentalmente, do tipo de suas ligações quími- cas. Contudo, no caso de substâncias moleculares que realizam ligações covalentes entre os átomos, além da ligação química, tanto a geometria quanto a polaridade são fatores que devem ser analisados. Com as formas espaciais adotadas pelas moléculas, é possível verificar como os elétrons são compartilhados na formação das ligações covalentes e, consequentemente, sua polaridade. Antes de aprofundar os estudos sobre polaridade, é necessário rever o conceito de eletronegatividade. Eletronegatividade é a propriedade na qual o átomo apresenta maior tendência a receber elétrons. Valores de eletronegatividades para alguns elementos químicos de acordo com Pauling. EMSLEY, J. The elements. 3. ed. Oxford: Clarendon Press, 1998. Em geral, os não metais apresentam os maiores valores de eletronegatividade, os semimetais têm valores interme- diários e os metais, valores baixos. Polaridade das ligações covalentes A polaridade de uma ligação química ajuda a descrever o compartilhamento de elétrons entre os átomos. Veja no quadro a seguir as características que diferenciam os dois tipos de ligação covalente, conforme as polaridades dos elementos constituintes. Será dado destaque à polaridade para substâncias moleculares, porque, na ligação iônica, a transferência de elétrons é definitiva. Toda ligação iônica terá polos (ligação polar). Há muito tempo, os químicos tentavam es- tabelecer escalas numéricas para expres- sara eletronegatividade. A mais conhecida foi elaborada pelo químico Linus Pauling. Química 49 Ligação covalente Características Exemplo Apolar Formada por elementos de mesma eletronegatividade. Assim, o par de elétrons compartilhado fica distribuído igualmente entre os dois átomos. Polar Formada por elementos de diferentes eletronegatividades. Assim, o par de elétrons é compartilhado de forma desigual entre os dois átomos. Ao verificar a ligação covalente polar, observa-se que a nuvem eletrônica se desloca no sentido do elemento de maior eletronegatividade. A maior den- sidade eletrônica ao redor do elemento mais eletronegativo caracteriza o polo negativo (–δ) na molécula, e a região de mais baixa densidade eletrônica é o polo positivo (+δ). Para comparar a intensidade de polarização em uma ligação, pode-se uti- lizar a fila de eletronegatividade que contém os elementos mais comuns em ligações covalentes. F > O > Cℓ > N > Br > I > S > C > P = H > metais Eletronegatividade crescente Quanto maior for a diferença de eletronegatividade entre os elementos, maior será a polarização da ligação. Polaridade das moléculas A polaridade de uma molécula depende da orientação dos vetores de cada ligação e da sua disposição espacial. Portanto, moléculas que apresen- tam somente ligações apolares são moléculas apolares. Moléculas diatômicas formadas por elementos de mesma eletronegatividade serão sempre apolares. Já as moléculas que apresentam ligações polares podem ser polares ou apolares, dependendo do vetor do momento dipolo resultante ( Rμ ). Ilu st ra çõ es : J ac k A rt . 2 01 5. D ig ita l. O momento dipolo total de uma molécula é a soma dos seus dipolos de ligação. A distorção da nuvem eletrônica não re- presenta ganho ou perda de elétrons. N a realidade, corresponde a uma maior o u menor densidade eletrônica. O vetor é um segmento de reta orientado, convencionalmente, da carga positiva pa ra a carga negativa que permite caracteriz ar o módulo, a direção e o sentido de um a ligação. 50 Volume 2 Se a soma total dos momentos dipolares for igual a zero (μR = 0), a molécula é apolar. CO2: molécula apolar com ligações polares. No dióxido de carbono (CO2), os elétrons das ligações tendem a se concentrar mais próximos dos oxigênios (neste caso, o elemento mais eletronegativo). Por isso, cada ligação C = O é polar e os módulos dos dipolos de ligação são iguais, porém com sentidos contrários. Pelo fato de a molécula ser linear, a soma dos vetores resulta em um momento dipolar nulo (molécula apolar). Outros exemplos: BF3 e CCℓ4: moléculas apolares com ligações polares. A soma dos vetores das ligações nas moléculas do trifluoreto de boro (BF3) e do tetracloreto de carbono (CCℓ4) indica que elas são apolares. Se a soma total dos momentos dipolares for diferente de zero (μR ≠ 0), a molécula é polar. Na água (H2O), os elétrons das ligações tendem a se concentrar mais próximos do oxigênio (elemento mais eletronegativo). Assim, cada ligação H – O é polar e os módulos dos dipolos de ligação são iguais. Como a geometria da molécula é angular, os vetores não se anulam, o que a torna uma molécula polar. Outros exemplos: HCℓ, NH3 e CH3Cℓ: moléculas polares com ligações polares. A soma dos vetores das ligações nas moléculas de ácido clorídrico (HCℓ), amônia (NH3) e clorofórmio (CH3Cℓ) indica que elas são polares. Polaridade e solubilidade A polaridade das moléculas influencia as propriedades das substâncias, entre elas a solubilidade. Isso pode ser verificado pelo experimento proposto a seguir. H2O: molécula polar com ligações polares. Ilu st ra çõ es : J ac k A rt . 2 01 5. D ig ita l. Química 51 Experimento Com o experimento, é possível discutir vários conteúdos, como o teor de álcool presente na gasolina. A abordagem sobre a polaridade das moléculas é, entretanto a mais indicada para o momento. Verificação da influência da polaridade na solubilidade das substâncias Materiais Proveta de 100 mL com tampa; amostra de ga- solina; solução saturada de NaCℓ (10% m/V); luvas; óculos de proteção. Como fazer 1. Colocar 50 mL de gasolina comum em uma proveta graduada de 100 mL. 2. Acrescentar solução aquosa de NaCℓ (10% m/V) até o traço de aferição da proveta. 3. Fechar a proveta e agitar bem os líquidos. Atenção! Segure firme a proveta para evitar vazamentos. 4. Deixar em repouso até a nítida separação das fases. Descarte Reserve o líquido em uma garrafa de PET para que a mistura seja separada por um profissional responsável. Resultados e conclusão A gasolina é uma mistura de líquidos apolares forma- da basicamente de carbono e hidrogênio (hidrocarbo- netos), obtida pelo processo de destilação do petróleo. Uma das substâncias a ela adicionadas é o etanol. No en- tanto, a porcentagem de álcool etílico a ser acrescentada é regulamentada pela ANP (Agência Nacional do Petró- leo). No Brasil, desde setembro de 2014, o percentual de etanol anidro na gasolina comum é de no máximo 27,5%. O principal objetivo da formação dessa mistura homogênea (monofásica) é o aumento da octanagem do combustível em virtude do seu baixo poder calorífico. a) Considerando o álcool como a única substância adicionada à gasolina, explique o que foi obser- vado quando a mistura de gasolina comum com água foi agitada. b) Após a agitação da mistura, por que aumentou o volume da fase incolor? c) Por que o álcool, sendo uma substância anfifílica, se dissolve preferencialmente na água? da d) Com a realização do experimento, sugira um mé- todo adequado para separar as fases do sistema. Justifique sua resposta. 11 Gabaritos. Chame a atenção dos alunos para o fato de que a Como este experimento envolve material inflamável, não acenda ou ligue nenhum tipo de fonte de calor. Use óculos de proteção e luvas. M i i Em Química, utiliza-se este símbolo quando uma atividade envolve riscos de incêndio. A presença de NaCℓ, na solução, favorece a solubi- lidade do etanol na água. Esse sal, por ser um com- posto iônico, é mais polar que a água pura. Dessa maneira, consegue-se extrair com mais eficiência o álcool da gasolina. Medir volumes de líquidos faz parte da rotina de um laboratório químico. As medidas de volumes podem ser realizadas para uma análise qualitativa (não requer muita exatidão) ou para uma análise quantitativa (requer elevada exatidão nas medidas). Nesses casos, há um traço de aferição na vidraria que indica a medida exata da precisão do material. Ou seja, essa marca é o local em que o operador da vidraria deve fazer a leitura a fim de evitar erros nas medidas volumétricas de um líquido. Uma substância anfifílica tem a capacidade de se dissolver em substâncias polares e apo lares. gasolina não se dissolve na água, observando, ao final, uma mistura heterogênea. 52 Volume 2 O experimento proposto possibilita verificar que substâncias apolares e polares apresentam comportamentos di- ferentes quanto à sua dissolução em outras substâncias. Via de regra, é comum considerar que semelhante dissolve semelhante. Em outras palavras, substâncias de polaridades semelhantes tendem a se dissolver umas nas outras. Para remover a graxa das mãos, o mecânico geralmente utiliza querosene ou gasolina. La tin St oc k/ C or b is /T im M ar tin /A u ro ra P h ot os Substância polar tende a se dissolver em substância polar. Substância apolar tende a se dissolver em substância apolar. Essa regra de Química é muito utilizada para separar diversos materiais. Um bom exemplo é o uso de gasolina ou querosene (constituídos por substâncias apolares) pelos mecânicos para remover a graxa das mãos. Forças intermoleculares Em condições ambientes, os compostos iônicos e metálicos, geralmente, encontram-se no estado sólido. Isso não acontece com as substâncias moleculares, já que, em iguais condições, podem ocorrer nos trêsestados físicos: sólido, líquido ou gasoso. Ao comparar os estados condensados da matéria – líquido e sólido –, verifica-se que, entre as partí- culas que os constituem, há forças de coesão. Essas forças que mantêm as moléculas nesses estados são denominadas forças intermoleculares. Van der Waals A IUPAC recomenda que todas as interações intermoleculares sejam chamadas de Van der Waals, mas essa denominação não é ideal, pois as ligações de hidrogênio, por exemplo, podem ocorrer também na forma intramolecular. As forças intermoleculares são, genericamente, denominadas de interações de Van der Waals, em homenagem ao cientista holandês Johannes Diderik van der Waals (1837-1923), que permitiu o desenvolvimento desse estudo. São vários os tipos de interações entre as moléculas que as mantêm unidas, as mais comuns são: dipolo instantâ- neo-dipolo induzido, dipolo-dipolo e ligações de hidrogênio. Interações dipolo instantâneo-dipolo induzido Ocorrem em todos os átomos e em todas as substâncias, sejam polares ou apolares. Porém, embora fracas, é o único tipo de força intermolecular que ocorre entre átomos dos gases nobres, He, Ne e Ar, por exemplo, e substâncias apolares como H2, N2, O2, I2, Br2, CO2 e CH4. Por definição, tem-se que essas interações são o movimento contínuo dos elétrons que permitem, em determinado momento, que a nuvem eletrônica se encontre um pouco deslocada para uma das extremidades da molécula, © W ik ip ed ia C om m on s As lagartixas estão constantemente des afiando a lei da gravidade ao escalar paredes, correr pelos tetos e se pendura r de cabeça para baixo em materiais aparentemente escorregadios, como o v idro. Esse segredo acrobático, quimi- camente conhecido como interações de Van de r Waals, está relacionado com a presença de cerdas microscópicas , as quais possibilitam a esses répteis a adesão sem precisar da presença de líq uidos ou de tensão superficial. Química 53 provocando uma polarização momentânea (dipolo instantâneo) que, consequentemente, causará a polarização de uma molécula vizinha (dipolo induzido). O resultado é uma fraca atração entre ambas as moléculas. Representações esquemáticas dos dipolos instantâneos em átomos de hélio. As interações dipolo instantâneo-dipolo induzido são chamadas também de for- ças de dispersões de London, em homenagem ao físico alemão Fritz London (1900- 1951), que sugeriu uma explicação para esse fenômeno. Fritz London sugeriu que moléculas apolares poderiam formar dipolos temporários. Sc ie n ce P h ot o Li b ra ry Interações dipolo-dipolo Manifestam-se entre moléculas polares de mesma substância ou de substâncias diferentes, por exemplo, HCℓ, HBr, HI, H2S, PH3 e CO. Em virtude da distribuição de suas cargas elétricas, as moléculas polares apresentam dipolos elétricos permanentes. Com isso, a extremidade negativa de uma molécula é atraída pela extremidade positiva de outra molécula vizinha. Essa atração eletrostática entre os dipolos opostos é cerca de dez vezes mais forte que as forças dipolo instantâneo- -dipolo induzido. Interações dipolo-dipolo nas moléculas de cloreto de hidrogênio no estado líquido. Ligações de hidrogênio A ligação de hidrogênio é um tipo especial de atração intermolecular que ocorre entre o átomo de hidrogênio de uma molécula polar com um par de elétrons não compartilhado de um íon ou átomo de pequeno raio e alta eletronegatividade, em geral, flúor, oxigênio e nitrogênio, presente em outra molécula, como HF, H2O e NH3. Na água, a principal força de interação entre suas moléculas são as ligações de hidrogênio. Na molécula de água, cada átomo de oxigênio é uni- do por ligações covalentes a dois átomos de hidro- gênio. E, entre as moléculas de água, os átomos de hidrogênio se ligam a átomos de oxigênio de outras moléculas por meio de ligações de hidrogênio. Ilu st ra çõ es : J ac k A rt . 2 01 0. D ig ita l. 54 Volume 2 A intensidade das forças entre as moléculas é mais fraca se comparada às ligações iônicas e covalentes, por exemplo. Para se ter ideia, em uma mu- dança de estado físico, a identidade das moléculas não é alterada, pois suas ligações intramoleculares (entre átomos) não são modificadas, ou seja, em uma transformação física, a alteração ocorre nas ligações intermoleculares (entre as moléculas). Por apresentarem menos energia, essas interações são mais fáceis de serem rompidas. Comparação entre a ligação intramolecular (ligação covalente) e a interação intermolecular (dipolo-dipolo). As moléculas de água, por terem ligações de hidrogênio entre si, são fortemente atraídas umas pelas outras. No líquido, as moléculas que estão no interior realizam interações em todas as direções e as forças se equilibram. Ao contrário, as moléculas da superfície são atraídas apenas pelas moléculas laterais e inferiores. Dessa forma, a atração se realiza para baixo e para o lado, originando uma força sobre as moléculas da superfície conhecida como tensão superficial. No caso específico da água, essa tensão é tão alta ao ponto de permitir que alguns insetos, como o mosquito, repousem e, até mesmo, andem sobre esse líquido. A tensão superficial na água permite que os insetos permaneçam sobre sua superfície. 12 As ligações de hidrogênio e a tensão superficial de líquidos. As ligações de hidrogênio apresentam grande polarização quando comparada às demais, por isso são mais intensas. dipolo instantâneo-dipolo induzido dipolo-dipolo ligações de hidrogênio Aumento da intensidade das forças intermoleculares Ja ck A rt . 2 01 0. D ig ita l. os. A tensão superficial de um líquido pode diminuir com a ação de agentes tensoativos e surfactantes, no caso da ág ua, por exemplo, sabões e deter- gentes. Essas substâncias tendem a se ac umular na superfície do líquido, diminuindo a força atrativa entre as molé culas desse líquido. ConexõesConexões Química 55 Elabore um mapa conceitual para sistematizar o conteúdo estudado sobre as forças intermoleculares. Para isso, utilize os conceitos-chave: molécula – apolar – polar – dipolo instantâneo-dipolo induzido – dipolo-dipolo – ligações de hidrogênio – tem H ligado diretamente a F, O ou N – não tem H ligado diretamente a F, O ou N. Esses conceitos devem ser conectados com as seguintes palavras-chave: pode ser, se, interage com outras molé- culas por. utili 13 Modelo de mapa conceitual. 14 Gabaritos. 1. Com base nos conhecimentos adquiridos até então, escreva, abaixo de cada modelo representado a se- guir, o tipo de ligação química (iônica, covalente polar ou covalente apolar) que melhor representa a orienta- ção eletrônica e a polarização das ligações formadas. Ligação covalente apolar Ligação covalente polar Ligação iônica 2. Relacione a segunda coluna com a primeira. a) Tetraédrica ( c ) NH3 b) Angular ( f ) CO2 c) Piramidal ( e ) SF6 d) Trigonal plana ( a ) CH4 e) Octaédrica ( g ) XeF4 f) Linear ( d ) BH3 g) Quadrado planar ( h ) PCℓ5 h) Bipirâmide trigonal ( b ) H2O 3. A poluição atmosférica pode ser definida como a emissão de resíduos sólidos, líquidos ou gasosos em quantidade superior à capacidade do meio ambiente de absorvê-los. Nas áreas metropolitanas das grandes cidades, a ativi- dade industrial e os meios de transporte ocupam lugar de destaque na liberação dessas substâncias nocivas. Os veículos automotivos lançam na atmosfera, além da fumaça, várias substâncias químicas de grande toxicida- de, como monóxido de carbono (CO), dióxido de carbo- no (CO2), óxidos de nitrogênio (NOx), dióxido de enxofre (SO2), derivados de hidrocarbonetos (HC), entre outros. O oxigênio presente na atmosfera, em contato com o dióxido de enxofre (SO2), por exemplo, produz o trióxido de enxofre (SO3). Este, ao reagir com a água da chuva, aumenta a sua acidez. Nesse caso, tem-se o que se conhece como chuva ácida. Equação I: SO2(g) + ½ O2(g)→ SO3(g) Equação II: SO3(g) + H2O(ℓ) → H2SO4(aq) (chuva ácida) De acordo com a teoria da repulsão dos pares eletrô- nicos (VSEPR), os pares de elétrons dispostos ao redor do núcleo do átomo central orientam a geometria da molécula, porém esta é determinada pela posição re- lativa dos núcleos dos átomos presentes. Com essas informações, determine a geometria molecular das substâncias que contribuem para a formação da chuva ácida. Justifique sua resposta. Organize as ideias Atividades 56 Volume 2 6. (PUC – RS) O dióxido de carbono possui molécula apo- lar, apesar de suas ligações carbono-oxigênio serem polarizadas. A explicação para isso está associada ao fato de: X a) a geometria da molécula ser linear. b) as ligações ocorrerem entre ametais. c) a molécula apresentar dipolo. d) as ligações ocorrerem entre átomos de elementos diferentes. e) as ligações entre os átomos serem de natureza ele- trostática. 7. (EMESCAM – ES) A interação entre as bases citosina e guanina como parte estrutural da cadeia em dupla hélice da molécula do ADN é representada a seguir: Que tipo de interação está indicado pelas linhas ponti- lhadas que aparecem no esquema? a) Ligações iônicas. b) Ligações covalentes. X c) Ligações de hidrogênio. d) Interações por dipolos induzidos. e) Interações por dipolos permanentes. 8. (ICMG) O nitrogênio gasoso, N2, pode ser empregado na obtenção de atmosferas inertes; o nitrogênio líquido é utilizado em cirurgias a baixas temperaturas. Qual é o tipo de ligação química existente entre átomos na molécula N2 e que forças intermoleculares unem as moléculas no nitrogênio? X a) Tipo de ligação química: covalente apolar Forças intermoleculares: Van der Waals b) Tipo de ligação química: covalente polar Forças intermoleculares: ligações de hidrogênio c) Tipo de ligação química: iônica Forças intermoleculares: Van der Waals d) Tipo de ligação química: covalente polar Forças intermoleculares: ação dipolo-dipolo Sugestão de atividades: questões de 18 a 25 da seção Hora de es- tudo. 4. (UEG – GO) Uma das maneiras mais simples e mais usadas atualmente para prever a geometria das mo- léculas que apresentam mais do que dois átomos, consiste na utilização da teoria da repulsão dos pares eletrônicos da camada de valência. Essa teoria está baseada na ideia de que os pares eletrônicos ao redor de um átomo central, estejam ou não participando das ligações, se comportam como nuvens eletrônicas que se repelem entre si, de forma a ficarem orientadas no espaço com a maior distância angular possível. Baseado nas informações contidas no texto acima, es- creva a fórmula de Lewis e determine a geometria das seguintes moléculas: a) NH3 b) CH4 c) BeH2 5. A identificação da geometria molecular é muito impor- tante, pois, por meio dela, pode-se prever a polaridade das moléculas. De acordo com a Teoria de Repulsão dos Pares de Elétrons na Camada de Valência (VSEPR), complete o quadro com a geometria de cada molécula e indique se é polar ou apolar. Molécula Geometria Polaridade CO2 Linear Apolar SO2 Angular Polar SO3 Trigonal plana Apolar NH3 Piramidal Polar CH4 Tetraédrica Apolar O2 Linear Apolar SF6 Octaédrica Apolar BF3 Trigonal plana Apolar H2S Angular Polar BeH2 Linear Apolar H2O Angular Polar CCℓ4 Tetraédrica Apolar HCN Linear Polar PCℓ3 Piramidal Polar N2 Linear Apolar PH3 Piramidal Polar Química 57 [...] Descoberta pode levar a desenvolvimento de tecido que nunca mancha. Pesquisadores da Universidade de Michigan desenvolveram um revestimento que repele uma ampla variedade de líquidos, que vão do café ao ácido sulfúrico, fazendo-os saltar para fora da superfície tratada. [...] Composta por pelo menos 95% de ar, a cobertura foi desenvolvida em nanoescala (um nanômetro é um bilionésimo de metro). De acordo com os cientistas, gotículas de soluções que normalmente danificariam uma camisa e até mesmo machucariam a pele são repelidas quando tocam a superfície. “Praticamente qualquer líquido que você jogue no revestimento salta direto para fora sem molhar”, explicou o professor Anish Tuteja, coautor do artigo. Além de ser super-resistente a manchas, o revestimento pode ter diversas aplicações como, por exemplo, tornando roupas impermeáveis para proteger soldados ou cientistas que lidam com produtos químicos. A descoberta também traz implicações para a fabricação de avançadas tintas à prova d’água, visando reduzir os danos que a umidade provoca nas estruturas de navios, por exemplo. [...] Composição O revestimento é uma mistura de partículas plásticas de um tipo específico de borracha e cubos resistentes a líquido, desenvolvidos em nanoescala pela Força Aérea, contendo carbono, flúor, silício e oxigênio. De acordo com o estudo, o revestimento “abraça” os poros da superfície em que é aplicado e cria uma teia mais fina com esses poros. “Isso significa que entre 95% e 99% do revestimento é, na verdade, formado por bolsas de ar, de modo que qualquer líquido que entre em contato com o revesti- mento praticamente nem está tocando uma superfície sólida”, diz o estudo. CIENTISTAS CRIAM REVESTIMENTO QUE REPELE LÍQUIDO E NÃO MOLHA Revestimento é resistente a café e ácido sulfúrico (Foto: Divulgação/University of Michigan) © G lo w Im ag es /U n iv er si ty o f M ic h ig an /J os ep h X u G1. Ciência e Saúde. Cientistas criam revestimento que repele líquido e não molha. Disponível em: <http://g1.globo.com/ciencia-e-saude/ noticia/2013/01/cientistas-criam-revestimento-que-repele-liquido-e-nao-molha.html>. Acesso em: 13 set. 2014. Com base nas informações, grife no texto o trecho que: a) apresenta a composição química do revestimento; b) evidencia que o fenômeno descrito está relacionado com as interações moleculares. Cientistas testaram mais de 100 líquidos e somente dois deles molharam as telas e tecidos (Foto: Divulgação/University of Michigan) “Normalmente, quando os dois materiais se aproximam, eles transferem uma pequena carga positiva ou negativa sobre o outro, e logo que o líquido entra em contato com a superfície sólida, ele começar a espalhar-se,” explica Tuteja. “O que nós fizemos foi reduzir drasticamente a interação entre a superfície e a gota”. Com quase nenhum incentivo para propagação, as gotículas permanecem intactas, interagindo apenas com as suas próprias moléculas, mantendo uma forma esférica, e literalmente quicando no revestimento. © G lo w Im ag es /U n iv er si ty of M ic h ig an /J os ep h X u Química em foco Hora de estudo 58 Volume 2 1. (UDESC) Considere os seguintes elementos químicos: Na, Mg, S, H e Br. Os compostos iônicos formados en- tre esses elementos são: X a) Na2S – MgS – NaH – MgH2 – NaBr – MgBr2. b) Na2S – MgS – H2S – NaBr – MgBr2 – HBr. c) NaS – MgS – Mg2H – NaBr – Mg2Br. d) NaS2 – MgS – NaH – Mg2H – NaBr – Mg2Br. e) Na2S – MgS – NaBr – MgBr2 – Na2Mg. 2. (UNIMONTES – MG) Desde muito tempo, o homem vem fazendo uso de metais para confeccionar utensí- lios. Utilizando instrumentos resistentes, ele batia nas peças metálicas e as aquecia no fogo para moldá-las. Baseado no modelo de ligações metálicas, para expli- car o comportamento dos materiais, assinale a alter- nativa incorreta: a) A condutibilidade térmica elevada deve-se à trans- ferência de energia cinética entre os elétrons livres. X b) As ligações metálicas são formadas pela atração ele- trostática entre íons metálicos positivos e negativos. c) As ligações metálicas são fortes por causa das inten- sas atrações entre os cátions e a nuvem eletrônica. d) As ligações químicas são refeitas com a deslocaliza- ção dos elétrons livres, após a aplicação de uma força. 3. (UESPI) Tendo o conhecimento de como as ligações quí- micas se formam, podemos entender as propriedades dos compostos e imaginar como os cientistas proje- tam novos materiais. Novos remédios, produtos quími-cos para agricultura e polímeros usados em artefatos, tais como: CDs, telefones celulares e fibras sintéticas, se tornaram possíveis porque os químicos entendem como os átomos se ligam em formas específicas. Com base nos diferentes tipos de ligações químicas, quais as ligações químicas responsáveis pela existência das substâncias: sódio metálico (Na), sal de cozinha (NaCℓ), ácido muriático (HCℓ) e gás oxigênio (O2)? a) Iônica, metálica, iônica, covalente. b) Metálica, iônica, iônico, covalente. c) Metálica, iônica, iônico, iônico. d) Metálica, covalente, covalente, covalente. X e) Metálica, iônica, covalente, covalente. 15 Gabaritos. 4. (UFRGS – RS) Considere as espécies químicas cujas fórmulas estão arroladas a seguir: 1 – HBr 2 – BaO 3 – CaCℓ2 4 – SiO2 5 – B2O3 Quais delas apresentam ligação tipicamente iônica? a) Apenas 1 e 2. b) Apenas 1 e 3. X c) Apenas 2 e 3. d) Apenas 2, 4 e 5. e) Apenas 3, 4 e 5. 5. (UEMS) Da combinação de um elemento químico A (Z = 37) juntamente com um elemento químico B (Z = 17) obtém-se uma substância que apresenta a seguinte fórmula e tipo de ligação: X a) AB e ligação iônica. b) A2B e ligação iônica. c) AB2 e ligação covalente. d) AB2 e ligação iônica. e) AB e ligação covalente. 6. (UFRN) Gílson, estudando Química Geral, aprendeu que a posição de cada elemento na tabela periódica pode ser representada como um ponto (x, y) num gráfico de coordenadas (x = grupo, y = período). Na prova de Quí- mica, o professor solicitou que se correlacionassem as coordenadas dos pares de elementos, tabeladas a se- guir, com o provável tipo de ligação resultante de suas combinações. 1.º par 2.º par 3.º par 4.º par (11, 4) e (14, 5) (15, 2) e (15, 2) (2, 4) e (17, 3) (14, 2) e (16, 2) Na respectiva ordem dos pares de coordenadas acima, Gílson identificou corretamente que as ligações são do tipo: X a) metálica, covalente apolar, iônica, covalente polar. b) iônica, covalente apolar, metálica, covalente polar. c) metálica, covalente polar, iônica, covalente apolar. d) covalente polar, iônica, covalente apolar, metálica. 7. (UNIRIO – RJ) O dióxido de carbono (CO2) é um gás es- sencial no globo terrestre. Sem a presença desse gás, o globo seria gelado e vazio. Porém, quando é inalado em concentração superior a 10%, pode levar o indivíduo à Química 595555999959 morte por asfixia. Esse gás apresenta, em sua molécu- la, um número de ligações covalentes igual a: X a) 4 b) 1 c) 2 d) 3 e) 0 8. (UESPI) O fosgênio (COCℓ2), um gás incolor, tóxico, de cheiro penetrante, utilizado na 1ª. Guerra Mundial como gás asfixiante, é produzido a partir da reação: CO(g) + Cℓ2(g) → COCℓ2(g) Sobre a molécula do fosgênio, podemos afirmar que ela apresenta: a) duas ligações duplas e duas ligações simples. X b) uma ligação dupla e duas ligações simples. c) duas ligações duplas e uma ligação simples. d) uma ligação tripla e uma ligação dupla. e) uma ligação tripla e uma simples. 9. (UFJF – MG) Nos pântanos e cemitérios, é comum ocorrer a formação de gás metano (CH4), proveniente da decomposição de matéria orgânica. O metano pode reagir com o oxigênio do ar espontaneamente e formar luzes bruxuleantes, conhecidas como fogo-fátuo. Assinale a alternativa correta: a) O CH4 é uma substância composta que contém li- gações iônicas e o oxigênio do ar é uma substância composta que contém ligações covalentes polares. X b) O CH4 é uma substância composta que contém liga- ções covalentes e o oxigênio do ar é uma substância simples que contém ligações covalentes apolares. c) O CH4 é uma substância simples que contém liga- ções iônicas e o oxigênio do ar é uma substância simples que contém ligações covalentes polares. d) O CH4 é uma substância composta que contém liga- ções covalentes e o oxigênio do ar é uma substância composta que contém ligações covalentes polares. e) O CH4 é uma substância simples que contém liga- ções covalentes e o oxigênio do ar é uma substância composta que contém ligações iônicas. 10. (ENEM) Na fabricação de qualquer objeto metálico, seja um parafuso, uma panela, uma joia, um carro ou um foguete, a metalurgia está presente na extração de metais a partir dos minérios correspondentes, na sua transformação e sua moldagem. Muitos dos pro- cessos metalúrgicos atuais têm em sua base conhe- cimentos desenvolvidos há milhares de anos, como mostra o quadro: Milênio antes de Cristo Métodos de extração e operação Quinto milênio a.C. Conhecimento do ouro e do cobre nativos Quarto milênio a.C. Conhecimento da prata e das ligas de ouro e prata Obtenção do cobre e chumbo a partir de seus minérios Técnicas de fundição Terceiro milênio a.C. Obtenção do estanho a partir do minério Uso do bronze Segundo milênio a.C. Introdução do fole e aumento da temperatura de queima Início do uso do ferro Primeiro milênio a.C. Obtenção do mercúrio e dos amálgamas Cunhagem de moedas (J. A. VANIN, Alquimistas e químicos) Podemos observar que a extração e o uso de diferentes metais ocorreram a partir de diferentes épocas. Uma das razões para que a extração e o uso do ferro tenham ocorrido após a do cobre ou estanho é: a) a inexistência do uso de fogo que permitisse sua moldagem. X b) a necessidade de temperaturas mais elevadas para sua extração e moldagem. c) o desconhecimento de técnicas para a extração de metais a partir de minérios. d) a necessidade do uso do cobre na fabricação do ferro. e) seu emprego na cunhagem de moedas, em substi- tuição ao ouro. 11. (UFPI) Observe os dados do quadro: Substância Ponto de fusão (°C) Ponto de ebulição (°C) Condutor elétrico Sólido Líquido A 1 713 2 230 Não Não B 1 180 – Não Sim C 110 210 (decomp.) Não Não D 1 660 3 287 Sim Sim Analise as assertivas apresentadas a seguir e assinale 60 Volume 2 V, para as verdadeiras, ou F, para as falsas. a) ( F ) A substância A é um sólido iônico. b) ( F ) A substância B é um sólido covalente. c) ( V ) A substância C é um sólido molecular. d) ( V ) A substância D é um metal. 12. (UFF – RJ) Para o estudo das relações entre o tipo de li- gação química e as propriedades físicas das substâncias X e Y, sólidas à temperatura ambiente, foi realizado um experimento que permitiu as seguintes constatações: I. A substância X, no estado sólido, não conduz a cor- rente elétrica, porém, no estado líquido, a conduz. II. A substância Y não conduz a corrente elétrica no estado sólido nem no estado líquido. Pode-se, então, concluir que: a) as substâncias X e Y são covalentes; b) as substâncias X e Y são iônicas; X c) a substância X é iônica e a substância Y é covalente; d) a substância X é um metal; e) a substância Y é um metal. 13. (UEMS) Um átomo do elemento químico X perde dois elétrons para formar o cátion X2+, ficando com dez elé- trons e doze nêutrons. Outro elemento Y apresenta em seus átomos, oito prótons e oito nêutrons. Com base nessas informações, pode-se afirmar que: a) X tem A = 22. b) X tem Z = 10. c) A ligação química entre X e Y é covalente. X d) A fórmula do composto formado entre X e Y é XY. e) Y tem N = 10. 14. (UFPR) Com base nos elementos da tabela periódica e seus compostos, considere as seguintes afirmativas: 1. Elementos que apresentam baixos valores da pri- meira energia de ionização, mas altos valores de afinidade eletrônica são considerados bastante eletronegativos. 2. Os compostos gerados por elementos de baixa ele- tronegatividade possuem caráter metálico. 3. Os compostos gerados por elementos de alta ele- tronegatividade possuem caráter covalente. 4. Os elementos representativos que possuem valores mais altos da primeira energia de ionização são os mais eletronegativos. Assinale a alternativa correta: X a) Somente as afirmativas 2, 3 e 4 são verdadeiras. b) Somente as afirmativas 1 e 2 são verdadeiras. c) Somente as afirmativas 1, 3 e 4 são verdadeiras.d) Somente as afirmativas 2 e 3 são verdadeiras. e) Somente as afirmativas 3 e 4 são verdadeiras. 15. (IFSul – RS) Os sais minerais, assim como as vitami- nas, são componentes nutricionais não sintetizados pelo organismo, portanto devem ser obtidos através da alimentação. São encontrados nos organismos de animais e vegetais dissolvidos na forma iônica, na for- ma de cristais ou associados a moléculas. Realizam diversas funções: estruturais, a exemplo do cálcio, do flúor e do fósforo na constituição dos ossos e dentes; potássio e sódio na regulação de impulsos nervosos; magnésio na contração muscular, atividade enzimática e também na composição da molécula de clorofila nos vegetais; ferro na composição da hemoglobina; cobre na substância melanínica da pele; e cloro no equilíbrio dos líquidos corpóreos. Disponível em: <http://www.brasilescola.com/biologia/sais- minerais.htm>. Sobre os elementos citados no texto acima, é correto afirmar que: a) o elemento que participa na contração muscular apresenta subnível mais energético 3s2 e raio atô- mico maior que o do Ba. b) entre os íons que regulam os impulsos nervosos, o potássio é o mais eletronegativo. c) entre os elementos que realizam funções na cons- tituição dos ossos e dentes, a ordem crescente de raio atômico é cálcio, fósforo e flúor. X d) o elemento que colabora no equilíbrio dos líquidos corpóreos é um halogênio que se liga ao potássio formando composto que apresenta alto ponto de fusão e ebulição. 16. (UESC – BA) Os elementos químicos magnésio, potás- sio, cálcio, nitrogênio e fósforo são essenciais para a formação e o crescimento de vegetais. Considerando- -se a posição desses elementos químicos na tabela periódica, suas propriedades e a teoria de ligação de valência, pode-se afirmar: Química 61 a) O composto binário formado pela reação entre o cál- cio e o nitrogênio é predominantemente covalente. b) O cálcio e o magnésio formam ânions mais facil- mente que o cloro e o bromo. X c) O potássio e o fósforo formam um composto predo- minantemente iônico representado pela fórmula K3P. d) O potencial de ionização do cálcio é maior do que o do fósforo. e) O magnésio e o fósforo formam íons que apresen- tam raios iônicos iguais. 17. (CEFET – BA) Substância química Ponto de fusão (ºC) a 1,0 atm Ponto de ebulição (ºC) a 1,0 atm Condução da corrente elétrica Magnésio, Mg 650 1 100 Só nos estados sólido e líquido Cloro, Cℓ2 –110 –34 Não conduz Cloreto de magnésio, MgCℓ2 708 1 412 Apenas no estado líquido Os átomos se ligam para formar substâncias quími- cas e algumas propriedades dessas substâncias de- pendem da maneira como essas ligações ocorrem. A tabela em destaque apresenta as propriedades de al- gumas substâncias químicas antes e após a formação de ligação entre seus átomos. A partir das informações do texto e dos dados dessa tabela, é correto concluir: a) O cloreto de magnésio é uma substância composta, predominantemente covalente. b) O elemento químico cloro é representado pela fór- mula Cℓ2. c) A primeira energia de ionização do magnésio é maior do que a do cloro. d) As configurações eletrônicas dos átomos de mag- nésio e de cloro, no cloreto de magnésio são iguais. X e) A 820 oC o magnésio e o cloreto de magnésio con- duzem a corrente elétrica. 18. (UFC – CE) Considere a espécie química molecular hipotética XY2, cujos elementos X e Y possuem ele- tronegatividades 2,8 e 3,6, respectivamente. Experi- mentos de susceptibilidade magnética indicaram que a espécie XY2 é apolar. Com base nessas informações, é correto afirmar que a estrutura e as ligações químicas da molécula XY2 são, respectivamente: a) piramidal e covalentes polares. X b) linear e covalentes polares. c) bipiramidal e covalentes apolares. d) angular e covalentes apolares. e) triangular e covalentes apolares. 19. (UFPE) No tocante a ligações de hidrogênio, é correto afirmar que: a) ligações de hidrogênio ocorrem somente entre mo- léculas e nunca dentro de uma mesma molécula. b) o ponto de fusão da água é menor que o do sulfeto de hidrogênio, por conta das ligações de hidrogênio, que são muito intensas na molécula de água. c) ligações de hidrogênio têm a mesma energia que uma ligação covalente simples. X d) ligações de hidrogênio podem influenciar na densi- dade de uma substância. e) átomos de hidrogênio ligados covalentemente a átomos de oxigênio não podem participar de liga- ções de hidrogênio. 20. (UFAL) Três frascos rotulados X, Y e Z contêm, respecti- vamente, KCℓ(s), HNO3(ℓ) e CO2(g). Em termos de forças intermoleculares, é correto afirmar que: a) nos frascos X e Y, os compostos são apolares. b) nos frascos Y e Z, os compostos são polares. c) no frasco X, as forças mais relevantes são intera- ções dipolo-dipolo. d) no frasco Y, observam-se forças eletrostáticas. X e) no frasco Z, observam-se forças de Van der Waals. 21. (UNEMAT – MT) Quando há aproximação de duas ou mais moléculas apolares, os núcleos exercem uma atração sobre a eletrosfera da molécula vizinha, gerando polari- zações eventuais e interação de natureza fraca. A inten- sidade dessa força de atração depende da superfície de contato entre as moléculas e é proporcional à massa molar. O texto acima se refere a: a) ligações iônicas. b) pontes de hidrogênio. c) ligações covalentes. d) ligações dativas. X e) ligações de Van der Waals. 62 Volume 2 22. (FTC – BA) Embora a água possua peso molecular bai- xo, o seu ponto de ebulição é alto. Esse fato pode ser explicado devido: a) à molécula apolar da água. b) à natureza iônica da substância. c) à estrutura molecular do composto. d) às intensidades das forças da ligação de Van der Waals. X e) às ligações intermoleculares por pontes de hidrogênio. 23. (UNEMAT – MT) Assinale a alternativa incorreta: X a) As pontes de hidrogênio são formadas por atração dipolo-dipolo e têm estabilidade maior que a ligação covalente. b) Ligações apolares apresentam diferença de eletro- negatividade igual a zero. c) Numa ligação covalente entre átomos iguais, o raio co- valente é igual à metade do comprimento da ligação. d) Na ligação iônica, cátions e ânions se mantêm uni- dos pela atração entre as cargas opostas. e) A ligação covalente é a união entre átomos estabe- lecidos pelo compartilhamento de pares de elétrons. 24. (UFCG – PB) Pesquisas indicam que o uso de lubrifi- cantes, como loções oleosas e cremes, que contêm vaselina, óleo mineral ou outros derivados de petróleo, acarretam danificações nos preservativos masculinos (camisinhas). Estes danos, geralmente, constituem-se de microrrupturas das camisinhas, imperceptíveis a olho nu, que permitem o fluxo de esperma através das mesmas, acarretando gravidez indesejável, ou mesmo transmissão de doenças sexualmente transmissíveis, particularmente a AIDS. Os preservativos são geral- mente constituídos de um material denominado látex (poli-1,4-isopreno), cujo momento dipolar é aproxima- damente igual a zero (μ ≈ 0). Considerando as afirma- tivas acima, assinale a alternativa correta. a) Substâncias apolares seriam mais adequadas como lubrificantes dos preservativos. b) Os lubrificantes bastante solúveis em tetracloreto de carbono (CCℓ4), geralmente, não interagem com o látex. c) Os lubrificantes que provocam danificações nos pre- servativos são, geralmente, de natureza bastante polar. d) Substâncias, cujas forças intermoleculares se as- semelham às presentes no látex, seriam mais ade- quadas como lubrificantes dos preservativos. X e) Substâncias com elevados valores de momento de dipolo seriam mais adequadas como lubrificantes dos preservativos. 25. (UFSCAR – SP) Balões de festa de aniversário deixa- dos sob sol forte podem estourar porque o volume do gás contido em seu interior aumenta com o aumento da temperatura e acaba rompendo a superfície do ba- lão depois que esta se estica até um tamanhomáximo. Isso ocorre porque o aumento da temperatura eleva a energia das partículas que, com maior movimento, pas- sam a ocupar um volume maior, no caso das moléculas dos gases contidos no balão. A variação da energia das partículas com a variação da temperatura também cau- sa a compactação, que reduz o volume de substâncias ao se solidificarem com o abaixamento da temperatura, quando a energia das partículas diminui. Com a água é diferente: ao passar do estado líquido para o estado sólido, com o abaixamento da temperatura ocorre au- mento de volume, por isso não se deve colocar no con- gelador garrafa cheia com água e lacrada. Assinale a alternativa que explica corretamente o comportamento da água ao passar do estado líquido para estado sólido. a) No estado sólido, as moléculas de água formam pontes de hidrogênio com a superfície interna da garrafa, que se rompe devido ao efeito da pressão adicional exercida. b) Na água líquida, há sais minerais dissolvidos, que se cristalizam quando o gelo é formado e ocupam maior espaço. Assim, o volume do gelo é maior que o volume da água líquida. X c) Na formação do gelo, as moléculas de água assu- mem posições definidas numa estrutura organizada, mantida por ligações de hidrogênio. As moléculas nesta estrutura ocupam maior espaço do que no estado líquido, onde se organizam de maneira dife- rente. d) No estado sólido, as moléculas de água formam estrutura cristalina tridimensional, com átomos unidos por ligação iônica em posições fixas, que ocupam maior espaço que a geometria planar das moléculas no estado líquido. e) A autoionização da água, responsável pelas espé- cies iônicas que são unidas por ligações iônicas no estado líquido, é desfavorecida com o abaixa- mento da temperatura. Assim, a força de ligação das moléculas de água no gelo é mais fraca e a distância entre elas aumenta, aumentando o volu- me ocupado. Química 63 MATERIAL DE APOIO 64 Volume 2 André Muller. 2011. Digital.