Exercícios Ligação Iônica

(1)

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 ∆𝐻

_𝑓^°

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:

(2)

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 CsF

2

(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 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 CsF

2

.

d) A julgar pelo valor de ∆𝐻

_𝑓^°

(CsF

2

,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 Mg

²⁺

e O

^2-

ao invés de íons Mg

⁺

e O

^-

.

(3)

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.

E

_r

=

^{NA Z}⁺^Z⁻^e²

4πε_or

∙ 1 −

¹

n

.

E

_r

=

^6,02×10²³×1,74756 × +1 × −1 × 1,60×10⁻¹⁹ ²

4π×8,854 ×10⁻¹²×2,67×10⁻¹⁰

∙ 1 −

¹

8

E

_r

=

^{−2,693 ×10}⁻¹⁴

2,971 ×10⁻²⁰

∙ 0,875 E

_r

= −793,3 kJ mol

⁻¹

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

1) H

f

(Ca,g) ou H

at

(Ca,s) 2) H

f

(F,g) ou H

at

(F

2

,g) 3) H

i

(Ca,g)

4) H

_ae

(F,g) 5) H

rede

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.

∆H

_f^°

CaF, s = H

_f

(Ca,g) + H

_f

(F,g) + H

_i

(Ca,g) + H

_ae

(F,g) + H

_rede

∆H

_f^°

CaF, s = 178,20 + 78,99 + 590,0 − 328,00 − 793,3

∆H

_f^°

CaF, s = −274,11 kJ mol

⁻¹

(4)

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.

E

_r

=

^{NA Z}⁺^Z⁻^e²

4πε_or

∙ 1 −

¹

n

.

𝐸

_𝑟

=

^6,02×10²³×1,74756 × +1 × −1 × 1,60×10⁻¹⁹ ²

4𝜋×8,854 ×10⁻¹²×2,40×10⁻¹⁰

∙ 1 −

¹

8

𝐸

_𝑟

=

^{−2,693 ×10}⁻¹⁴

2,670 ×10⁻²⁰

∙ 0,875 𝐸

_𝑟

= −882,5 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙

⁻¹

b) Faça o ciclo de Born-Haber para o Ca

⁺

O

^-

indicando todas as etapas.

6) H

f

(Ca,g) ou H

at

(Ca,s) 7) H

f

(O,g) ou H

at

(O

2

,g) 8) H

_i

(Ca,g)

9) H

_ae

(O,g) 1) H

rede

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 ∆𝐻

_𝑓^°

calculado com o valor experimental de 635 kJ mol

^-1

. Parece razoável o valor obtido para a formulação Ca

⁺

O

^-

?

∆H

_f^°

Ca

⁺

O

⁻

, s = H

f

(Ca,g) + H

f

(O,g) + H

i

(Ca,g) + H

ae

(O,g) + H

rede

∆H

_f^°

Ca

⁺

O

⁻

, s = 178,2 + 249,2 + 590,0 − 141,1 − 882,5

∆H

_f^°

Ca

⁺

O

⁻

, s = −6,2 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙

⁻¹

O valor obtido é muito pouco exotérmico, indicando que o composto Ca

⁺

O

^-

não deve

existir.

(5)

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.

∆H

_f^°

NaCl, s = H

f

(Na,g) + H

f

(Cl,g) + H

i

(Na,g) + H

ae

(Cl,g) + H

rede

∆H

_f^°

NaCl, s = 121,7 + 107,1 + 496 + −348,8 + −787,0 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙

⁻¹

∆H

_f^°

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:

𝐸

_𝑟

= 𝑁𝐴𝑍

₊

𝑍

₋

𝑒

²

4𝜋𝜀

_𝑜

𝑟 ∙ 1 − 1

𝑛

(6)

Questão 4

Considere o composto hipotético CsF

2

(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.

𝐸

_𝑟

=

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

4𝜋×8,854 ×10⁻¹²×2,78×10⁻¹⁰

∙ 1 −

¹

12

𝐸

_𝑟

=

^{−7,765 ×10}⁻¹⁴

3,093×10⁻²⁰

∙ 0,917 𝐸

_𝑟

= −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 ∆𝐻

_𝑓

.

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

2

.

1) H

_f

(Cs,g) ou H

_at

(Cs,s) 2) H

_f

(F,g) ou H

_at

(F

2

,g) 3) H

i

(Cs,g)

4) H

i

(Cs

⁺

,g) 5) H

_ae

(F,g) 6) H

rede

∆H

_f^°

CsF

₂

, s = H

f

(Cs,g) + 2H

f

(F,g) + H

i

(Cs,g) + H

i

(Cs

⁺

,g) + 2H

ae

(F,g) + H

rede

∆H

_f^°

CsF

₂

, s = 76,1 + 2(79,0) + 376,0 + 2420,0 − 2(328,0) − 2302,1

∆H

_f^°

CsF

₂

, s = 72 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙

⁻¹

d) A julgar pelo valor de ∆𝐻

_𝑓^°

(CsF

2

,s) obtido, esse composto seria estável?

Justifique.

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

(7)

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) H

f

(Mg,g) ou H

at

(Mg,s) 2) H

_f

(O,g) ou H

_at

(O

2

,g) 3) H

_i

(Mg,g)

4) H

i

(Mg

⁺

,g) 5) H

ae

(O,g) 6) H

ae

(O

^-

,g) 7) H

_rede

b) Utilizando o ciclo de Born-Haber calcule a energia de rede para o MgO.

H

f

(MgO,s) = H

f

(Mg,g) + H

f

(O,g) + H

i

(Mg,g) + H

i

(Mg

⁺

,g) + H

ae

(O,g) + H

ae

(O

^-

,g) +

H

rede

-601,2 = 147,7 + 249,2 + 738 + 1451 – 141,1 + 798 + H

rede

H

_rede

= -3844 kJ mol

^-1

c) Explique porque o MgO consiste de íons Mg

²⁺

e O

^2-

ao invés de íons Mg

⁺

e O

^-