03r ligacao covalent..

Departamento de Química – ICEx – UFMG
Exercícios de Fixação
LIGAÇÃO COVALENTE
Questão 1
Considerando os íons NO2+ e NO2-, faça o que se pede:
a. Represente cada um dos íons através de um número adequado de formas
de ressonância.
NO2+:
NO2-:
↔
b. Quais são as ordens da ligação N-O em cada um deles?
Analisando as estruturas propostas no subitem anterior, 𝑂𝐿 = 2 e 𝑂𝐿 = 1,5.
c. O comprimento da ligação N-O em um desses íons é 110 pm e no outro
124 pm. Qual comprimento de ligação corresponde a qual íon? Justifique
sua resposta.
Sabe-se que quanto maior é a ordem de ligação, menor será a distância
entre os átomos. Como NO2+ possui 𝑂𝐿 = 2, seu comprimento de ligação
deve ser de 110 pm e o NO2-, 𝑂𝐿 = 1,5, comprimento de ligação igual a
124 pm.
Questão 2
Sabendo que os elétrons em uma molécula devem estar distribuídos de
forma que as cargas nos átomos fiquem o mais próximo possível de zero,
faça o que se pede:
a. Esboce a melhor estrutura de Lewis para o íon sulfito, SO32-, com base
nas cargas formais. Deixe os cálculos indicados.
1
𝐶𝐹 = 𝑛° 𝑑𝑒 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑜𝑛𝑠 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑙ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑜 á𝑡𝑜𝑚𝑜 𝑙𝑖𝑣𝑟𝑒 − (𝑛° 𝑑𝑒 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑜𝑛𝑠 𝑒𝑚 𝑝𝑎𝑟𝑒𝑠 𝑖𝑠𝑜𝑙𝑎𝑑𝑜𝑠 + 2 × 𝑛° 𝑑𝑒 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑜𝑛𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑙ℎ𝑎𝑑𝑜𝑠)
1
𝐶𝐹𝑆 = 6 − 2 + 2 ×8 = 0
1
𝐶𝐹𝑂′ = 6 − 6 + 2×2 = −1
1
𝐶𝐹𝑂′′ = 6 − 4 + 2×4 = 0
b. Usando o modelo da repulsão de pares de elétrons no nível de valência
(RPENV) faça o esboço das geometrias dos pares de elétrons e molecular
para o íon sulfito.
Geometria piramidal.
c. Identifique a hibridização do átomo de enxofre no íon SO32-.
Hibridização sp3, característica do arranjo tetraédrico.
d. Em solução aquosa o íon sulfito interage com os íons H+. O H+ se liga ao
átomo de S ou ao átomo de O no SO32-? Justifique.
Os íons H+ devem se ligar aos átomos de oxigênio, devido a carga formal
negativa desse átomo, enquanto o enxofre apresenta carga formal nula.
Questão 3
Complete a tabela abaixo. Para preencher a coluna “Exemplo” use as
seguintes espécies: BrF5, CℓO3-, NO3-, ICℓ2-, BeH2.
Orbitais atômicos
Hibridização
Arranjo
geométrico
Ângulo de
ligação (o)
Exemplo
s+p
sp
Linear
180
BeH2
s+p+p
sp2
Trigonal
plano
120
NO3-
s+p+p+p
sp3
Tetraédrico
109,5
CℓO3-
s+p+p+p+d
sp3d
Bipirâmide
trigonal
120 e 90
ICℓ2-
s+p+p+p+d+d
sp3d2
Octaédrico
90
BrF5
Questão 4
O formaldeído é um composto muito utilizado na indústria química. Sobre
essa substância, faça o que se pede.
a. Qual é a hibridação do átomo de carbono no formaldeído, CH2O? Quais
orbitais formam as ligações σ nessa molécula? E as ligações π? Justifique.
O
formaldeído
apresenta
arranjo
trigonal
plano,
portanto
possui
hibridização sp2. As ligações σ são formadas pelos orbitais sp2 e a ligação π
é formada pelo orbital p não hibridizado.
b. A molécula de PF3 é polar e, assim, a ligação P-F é polar. Considerando a
proximidade do silício e do fósforo na tabela periódica, deveríamos esperar
que a ligação Si-F também fosse polar, porém a molécula de SiF4 não possui
momento dipolar. Explique a causa disso.
A ligação Si-F é polar, no entanto a geometria tetraédrica da molécula SiF 4
faz com que o momento dipolar seja nulo, o que não acontece na molécula
PF3 que apresenta geometria piramidal e momento dipolar diferente de zero.
c. O etano (C2H6), o etileno (C2H4) e o acetileno (C2H2) apresentam ligações
carbono-carbono. Coloque os três compostos em ordem decrescente de
energia de ligação carbono-carbono. Justifique sua resposta.
C2H2 > C2H4 > C2H6. Isso ocorre porque as três moléculas apresentam
ligações C-C de diferentes ordens de ligação (𝑂𝐿𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜 = 1, 𝑂𝐿𝑒𝑡𝑖𝑙𝑒𝑛𝑜 = 2 e
𝑂𝐿𝑎𝑐𝑒𝑡𝑖𝑙𝑒𝑛𝑜 = 3). Como a energia de ligação cresce quando a multiplicidade da
ligação aumenta, a ligação de maior energia está no acetileno e a de menor
energia no etano.
Questão 5
O ácido sulfúrico, H2SO4, é um ácido forte muito utilizado nas indústrias de
papel, corante e petroquímica.
a. Desenhe a estrutura de Lewis para esse composto e calcule a carga formal
de cada átomo.
1
𝐶𝐹 = 𝑛° 𝑑𝑒 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑜𝑛𝑠 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑙ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑜 á𝑡𝑜𝑚𝑜 𝑙𝑖𝑣𝑟𝑒 − (𝑛° 𝑑𝑒 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑜𝑛𝑠 𝑒𝑚 𝑝𝑎𝑟𝑒𝑠 𝑖𝑠𝑜𝑙𝑎𝑑𝑜𝑠 + 2 × 𝑛° 𝑑𝑒 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑜𝑛𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑙ℎ𝑎𝑑𝑜𝑠)
1
× 12 = 0
2
1
𝐶𝐹𝑂 = 6 − 4 + × 4 = 0
2
1
𝐶𝐹𝐻 = 1 − × 2 = 0
2
𝐶𝐹𝑆 = 6 −
b. O ácido sulfúrico apresenta baixo pKa, o que indica alto grau de
dissociação em meio aquoso. Ao desprotonar, um dos produtos do H 2SO4 é o
íon sulfato, SO42-. Represente quatro estruturas de ressonância para esse
íon.
↔
↔
↔
Questão 6
A acroleína, usada na fabricação de plásticos, pode ser obtida através da
reação entre etileno e monóxido de carbono, conforme a equação abaixo:
H
H
C
C
H
H
+
H
C
O
H
C
C
H
C
O
H
a. Indique qual é a ligação carbono-carbono mais forte na molécula de
acroleína. Justifique.
A ligação carbono-carbono mais forte é a circulada no desenho
ao lado, pois uma ligação dupla é sempre mais forte que uma
ligação simples entre os mesmos átomos. Pode-se dizer ainda que
a ordem de ligação dessa ligação é maior, portanto a ligação deve
ser mais forte.
b. Indique qual é a ligação carbono-carbono mais longa na molécula de
acroleína. Justifique.
A ligação carbono-carbono mais longa é a circulada no desenho
ao lado, pois é sabido que uma ligação simples é sempre mais
comprida que uma ligação dupla entre os mesmos átomos. Isso
ocorre porque quanto mais forte é a ligação, menor é a distância
entre os átomos.
c. As moléculas de etileno e acroleína são apolares? Justifique.
O etileno é um hidrocarboneto, portanto é apolar. A acroleína é polar porque
apresenta um grupo aldeído.
Questão 7
Na figura abaixo estão representadas três formas geométricas para o IF3.
I
II
III
a. Com base no modelo da repulsão de pares de elétrons no nível de valência
diga qual é a forma geométrica (I, II ou III) mais provável para o IF 3?
Explique.
A forma geométrica mais provável para esse composto é III, pois os pares de
elétrons não compartilhados tendem a assumir posição equatorial, de modo
a mitigar a repulsão das ligações químicas.
b. Complete a tabela abaixo.
Espécie
Estrutura de Lewis
Geometria Molecular
(desenho e nome da
geometria)
COCl2
Hibridação
do átomo
central
sp2
Trigonal planar
AsF5
sp3d
Bipirâmide trigonal
PCl6
sp3d2
-
Octaédrica
Questão 8
Considere as moléculas isoeletrônicas CH4, NH3 e H2O e seus respectivos
ângulos de ligação, iguais a 109,5º, 107º e 104,5º.
a. Proponha estruturas geométricas para as três moléculas. Faça os
desenhos correspondentes.
Geometria tetraédrica
Geometria piramidal
Geometria angular
b. Justifique a tendência observada nos valores dos ângulos de ligação.
O metano possui quatro ligantes e nenhum par de elétrons livres, enquanto
a amônia apresenta três ligantes e um par de elétrons não ligantes e a água,
dois ligantes e dois pares de elétrons livres. Analisando nessa ordem,
observa-se uma diminuição dos ângulos de ligação. Isso ocorre devido ao
número crescente de elétrons não ligantes que causam uma grande
repulsão na molécula, alterando, portanto, sua geometria.
c. Sugira hibridações compatíveis com a geometria de cada espécie.
Apesar das diferentes geometrias, os três compostos apresentam o mesmo
arranjo de elétrons, arranjo tetraédrico, como mostrado pelas figuras abaixo.
A hibridização compatível com esse arranjo é o sp3.