Ligação Iônica - Exercícios - Química, Notas de estudo de Química. Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE)
Corcovado
Corcovado12 de Março de 2013

Ligação Iônica - Exercícios - Química, Notas de estudo de Química. Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE)

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Apostilas e exercicios de Química sobre o estudo da Ligação Iônica.
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Departamento de Química – ICEx-UFMG

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 ∆���� °

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:

docsity.com

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 Cs 2+.

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 CsF2, 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 ∆���� ° (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-.

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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 = NA Z+Z−e

2

4πεo r ∙ 1 −

1

n .

Er = 6,02×1023 ×1,74756 × +1 × −1 × 1,60×10−19

2

4π×8,854×10−12 ×2,67×10−10 ∙ 1 −

1

8

Er = −2,693×10−14

2,971×10−20 ∙ 0,875

Er = −793,3 kJ mol −1

b) Faça o ciclo de Born-Haber para o CaF indicando todas as etapas.

1) Hf(Ca,g) ou Hat(Ca,s)

2) Hf(F,g) ou Hat(F2,g)

3) Hi(Ca,g)

4) Hae(F,g)

5) 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

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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 = NA Z+Z−e

2

4πεo r ∙ 1 −

1

n .

���� = 6,02×1023 ×1,74756 × +1 × −1 × 1,60×10−19

2

4��×8,854 ×10−12 ×2,40×10−10 ∙ 1 −

1

8

���� = −2,693×10−14

2,670×10−20 ∙ 0,875

���� = −882,5 ���� ������ −1

b) Faça o ciclo de Born-Haber para o Ca+O- indicando todas as etapas.

6) Hf(Ca,g) ou Hat(Ca,s)

7) Hf(O,g) ou Hat(O2,g)

8) Hi(Ca,g)

9) Hae(O,g)

1) 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 ∆���� °

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 ���� ������−1

O valor obtido é muito pouco exotérmico, indicando que o composto Ca+O- não deve

existir.

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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) + e-

Seta 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 ���� ������−1

∆Hf ° NaCl, s = −411,0 ���� ������−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:

���� = ������+��−��

2

4�������� ∙ 1 −

1

��

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Questão 4

Considere o composto hipotético CsF2(s), em que estaria presente o íon Cs 2+.

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.

���� = 6,02×1023 ×2,51939 × +2 × −1 × 1,60×10−19

2

4��×8,854 ×10−12 ×2,78×10−10 ∙ 1 −

1

12

���� = −7,765 ×10−14

3,093×10−20 ∙ 0,917

���� = −2302,1 ���� ������ −1

b) Considerando o valor obtido para a energia de rede do CsF2, 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 ∆���� .

c) Calcule, através do ciclo de Born-Haber, a entalpia padrão de formação para o

CsF2.

1) Hf(Cs,g) ou Hat(Cs,s)

2) Hf(F,g) ou Hat(F2,g)

3) Hi(Cs,g)

4) Hi(Cs +,g)

5) Hae(F,g)

6) 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 ���� ������

−1

d) A julgar pelo valor de ∆���� ° (CsF2,s) obtido, esse composto seria estável?

Justifique.

Não. O valor obtido é positivo, indicando que o composto não deve existir.

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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.

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