04 ligacao ionica

Exercícios
Ligação Iônica
Questão 1
Considere o composto hipotético CaF(s).
a) Calcule a sua energia de rede. Suponha a estrutura do NaCl e uma distância
internuclear de 2,67 x 10-10 m.
b) Faça o ciclo de Born-Haber para o CaF indicando todas as etapas.
c) Calcule a entalpia padrão de formação para o CaF, utilizando a resposta do item
(a) e os dados termoquímicos que forem necessários. Comente sobre o valor
obtido.
Questão 2
Considere o composto hipotético Ca+O-(s).
a) Calcule a sua energia de rede. Suponha a estrutura do NaCl e uma distância
internuclear de 2,40 x 10-10 m.
b) Faça o ciclo de Born-Haber para o Ca+O- indicando todas as etapas.
c) Calcule a entalpia padrão de formação para o Ca+O-, utilizando a resposta do
item (a) e os dados termoquímicos que forem necessários. Compare o ∆𝐻𝑓°
calculado com o valor experimental de 635 kJ mol-1. Parece razoável o valor
obtido para a formulação Ca +O-?
Questão 3
A figura abaixo mostra parte do ciclo de Born-Haber para a formação do NaCl(s) a
partir de seus constituintes. Sabendo que a seta menor indica um consumo de 496 kJ
mol-1 de energia e, a seta maior, a liberação de 787 kJ mol-1 de energia, responda:
a) A que processo corresponde os valores de energia indicados pelas setas no
ciclo? Escreva a equação química correspondente a essas duas transformações,
indicando os estados físicos de reagentes e produtos.
b) Calcule a entalpia padrão de formação para o NaCl, utilizando os dados
termoquímicos que forem necessários.
c) Os sólidos iônicos NaCl e KCl formam o mesmo tipo de estrutura cristalina, logo
eles tem o mesmo valor para a constante de Madelung. Em qual composto as
interações entre os íons são mais fortes? Justifique.
Questão 4
Considere o composto hipotético CsF2(s), em que estaria presente o íon Cs2+.
a) Calcule a sua energia de rede. Suponha a estrutura da fluorita e uma distância
internuclear de 2,78 x 10-10 m.
b) Considerando o valor obtido para a energia de rede do CsF 2, é possível explicar
porque esse composto não existe? Justifique.
c) Calcule, através do ciclo de Born-Haber, a entalpia padrão de formação para o
CsF2.
d) A julgar pelo valor de ∆𝐻𝑓° (CsF2,s) obtido, esse composto seria estável?
Justifique.
Questão 5
O óxido de magnésio, MgO, é um sólido branco usado, dentre outras coisas, como
isolante em cabos industriais, como material básico para cadinhos refratários e como
ingrediente principal para materiais de construção.
a) Faça o ciclo de Born-Haber para o MgO indicando todas as etapas.
b) Utilizando o ciclo de Born-Haber calcule a energia de rede para o MgO.
c) Explique porque o MgO consiste de íons Mg2+ e O2- ao invés de íons Mg+ e O-.
Exercícios Resolvidos
Ligação Iônica
Questão 1
Considere o composto hipotético CaF(s).
a) Calcule a sua energia de rede. Suponha a estrutura do NaCl e uma distância
internuclear de 2,67 x 10-10 m.
Er =
Er =
Er =
NA Z + Z − e 2
4πεo r
1
∙ 1−n .
6,02×10 23 ×1,74756 × +1 × −1 × 1,60×10 −19
4π×8,854 ×10 −12 ×2,67×10 −10
−2,693 ×10 −14
2,971 ×10 −20
2
1
∙ 1−8
∙ 0,875
Er = −793,3 kJ mol−1
b) Faça o ciclo de Born-Haber para o CaF indicando todas as etapas.
1)
2)
3)
4)
5)
Hf(Ca,g) ou Hat(Ca,s)
Hf(F,g) ou Hat(F2,g)
Hi(Ca,g)
Hae(F,g)
Hrede
c) Calcule a entalpia padrão de formação para o CaF, utilizando a resposta do item
(a) e os dados termoquímicos que forem necessários. Comente sobre o valor
obtido.
∆Hf° CaF, s = Hf(Ca,g) + Hf(F,g) + Hi(Ca,g) + Hae(F,g) + Hrede
∆Hf° CaF, s = 178,20 + 78,99 + 590,0 − 328,00 − 793,3
∆Hf° CaF, s = −274,11 kJ mol−1
Questão 2
Considere o composto hipotético Ca+O-(s).
a) Calcule a sua energia de rede. Suponha a estrutura do NaCl e uma distância
internuclear de 2,40 x 10-10 m.
Er =
𝐸𝑟 =
𝐸𝑟 =
NA Z + Z − e 2
4πεo r
1
∙ 1−n .
6,02×10 23 ×1,74756 × +1 × −1 × 1,60×10 −19
4𝜋×8,854 ×10 −12 ×2,40×10 −10
−2,693 ×10 −14
2,670 ×10 −20
2
1
∙ 1−8
∙ 0,875
𝐸𝑟 = −882,5 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 −1
b) Faça o ciclo de Born-Haber para o Ca+O- indicando todas as etapas.
6)
7)
8)
9)
1)
Hf(Ca,g) ou Hat(Ca,s)
Hf(O,g) ou Hat(O2,g)
Hi(Ca,g)
Hae(O,g)
Hrede
c) Calcule a entalpia padrão de formação para o Ca+O-, utilizando a resposta do
item (a) e os dados termoquímicos que forem necessários. Compare o ∆𝐻𝑓°
calculado com o valor experimental de 635 kJ mol-1. Parece razoável o valor
obtido para a formulação Ca +O-?
∆Hf° Ca+ O−, s = Hf(Ca,g) + Hf(O,g) + Hi(Ca,g) + Hae(O,g) + Hrede
∆Hf° Ca+ O−, s = 178,2 + 249,2 + 590,0 − 141,1 − 882,5
∆Hf° Ca+ O−, s = −6,2 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 −1
O valor obtido é muito pouco exotérmico, indicando que o composto Ca+O- não deve
existir.
Questão 3
A figura abaixo mostra parte do ciclo de Born-Haber para a formação do NaCl(s) a
partir de seus constituintes. Sabendo que a seta menor indica um consumo de 496 kJ
mol-1 de energia e, a seta maior, a liberação de 787 kJ mol-1 de energia, responda:
a) A que processo corresponde os valores de energia indicados pelas setas no
ciclo? Escreva a equação química correspondente a essas duas transformações,
indicando os estados físicos de reagentes e produtos.
Seta menor, ionização do sódio:
Na(g) → Na+(g) + eSeta maior, energia de rede:
Na+(g) + Cℓ-(g) → NaCl(s)
b) Calcule a entalpia padrão de formação para o NaCl, utilizando os dados
termoquímicos que forem necessários.
∆Hf° NaCl, s = Hf(Na,g) + Hf(Cl,g) + Hi(Na,g) + Hae(Cl,g) + Hrede
∆Hf° NaCl, s = 121,7 + 107,1 + 496 + −348,8 + −787,0 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 −1
∆Hf° NaCl, s = −411,0 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 −1
c) Os sólidos iônicos NaCl e KCl formam o mesmo tipo de estrutura cristalina, logo
eles tem o mesmo valor para a constante de Madelung. Em qual composto as
interações entre os íons são mais fortes? Justifique.
As interações iônicas devem ser mais fortes no NaCℓ, pois o raio iônico do Na + é
menor do que o raio iônico do K +. Isso ocorre porque a força que atrai os íons é
inversamente proporcional à distância entre eles, como se pode ver na fórmula de
energia de rede:
𝑁𝐴𝑍+𝑍−𝑒 2
1
𝐸𝑟 =
∙ 1−
4𝜋𝜀𝑜 𝑟
𝑛
Questão 4
Considere o composto hipotético CsF2(s), em que estaria presente o íon Cs2+.
a) Calcule a sua energia de rede. Suponha a estrutura da fluorita e uma distância
internuclear de 2,78 x 10-10 m.
Assim como na primeira questão desta lista, basta aplicar a fórmula de energia de
rede.
𝐸𝑟 =
𝐸𝑟 =
6,02×10 23 ×2,51939 × +2 × −1 × 1,60×10 −19
4𝜋×8,854 ×10 −12 ×2,78×10 −10
−7,765 ×10 −14
3,093×10 −20
2
1
∙ 1 − 12
∙ 0,917
𝐸𝑟 = −2302,1 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 −1
b) Considerando o valor obtido para a energia de rede do CsF 2, é possível explicar
porque esse composto não existe? Justifique.
Não. Analisando apenas a energia de rede desse composto, observa-se um valor muito
negativo, o que mostra apenas uma grande atração eletrostática. Para dizer qualquer
coisa a respeito da possibilidade desse composto existir é necessário calcular seu ∆𝐻𝑓 .
c) Calcule, através do ciclo de Born-Haber, a entalpia padrão de formação para o
CsF2.
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Hf(Cs,g) ou Hat(Cs,s)
Hf(F,g) ou Hat(F2,g)
Hi(Cs,g)
Hi(Cs+,g)
Hae(F,g)
Hrede
∆Hf° CsF2 , s = Hf(Cs,g) + 2Hf(F,g) + Hi(Cs,g) + Hi(Cs+,g) + 2Hae(F,g) + Hrede
∆Hf° CsF2 , s = 76,1 + 2(79,0) + 376,0 + 2420,0 − 2(328,0) − 2302,1
∆Hf° CsF2 , s = 72 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙−1
d) A julgar pelo valor de ∆𝐻𝑓° (CsF2,s) obtido, esse composto seria estável?
Justifique.
Não. O valor obtido é positivo, indicando que o composto não deve existir.
Questão 5
O óxido de magnésio, MgO, é um sólido branco usado, dentre outras coisas, como
isolante em cabos industriais, como material básico para cadinhos refratários e como
ingrediente principal para materiais de construção.
a) Faça o ciclo de Born-Haber para o MgO indicando todas as etapas.
Etapas do ciclo:
1) Hf(Mg,g) ou Hat(Mg,s)
2) Hf(O,g) ou Hat(O2,g)
3) Hi(Mg,g)
4) Hi(Mg+,g)
5) Hae(O,g)
6) Hae(O-,g)
7) Hrede
b) Utilizando o ciclo de Born-Haber calcule a energia de rede para o MgO.
Hf(MgO,s) = Hf(Mg,g) + Hf(O,g) + Hi(Mg,g) + Hi(Mg+,g) + Hae(O,g) + Hae(O-,g) +
Hrede
-601,2 = 147,7 + 249,2 + 738 + 1451 – 141,1 + 798 + Hrede
Hrede = -3844 kJ mol-1
c) Explique porque o MgO consiste de íons Mg2+ e O2- ao invés de íons Mg+ e O-.
Para adquirir a configuração do gás nobre, o magnésio tende a perder dois elétrons,
enquanto o oxigênio tende a ganhar dois elétrons.