INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO. Química. Cursos de Engenharia Mecânica, Aeroespacial e Naval. 1º Semestre de

(1)

INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO

Química

Cursos de Engenharia Mecânica, Aeroespacial e Naval

1º Semestre de 2020-2021

Parte 1

do 2º Exame (17-02-2021, 15:00 H)

(2)

I-1) Com base na Teoria das Orbitais Moleculares represente o diagrama para a espécie NO

‒

_{(considere apenas as orbitais}

de valência).

2p

_x

2p

_y

2p

_x

2p

_y

2p

_z

2p

_z

2s

σ2s

**σ*2s**

σ 2p

_x

π2p

_y

π 2p

_z

**π*2p**

_y

**π*2p**

_z

**σ*2p**

_x

NO

-

_O

N

1ª E

_i

(N) = 1420,3 kJ/mol

1ª E

_i

(O) = 1313,9 kJ/mol

-1420,3

-1313,9

Energia

(kJ/mol)

(3)

I- 2) Classifique, justificando, o comportamento magnético desta espécie e indique o valor para a ordem da ligação.

OL=

eletrões ligantes −electrões antiligantes

2 OL=

8 −4

₂

=2

ou

OL=

6 −2

₂

=2

(4)

II-1) Descreva a ligação química na molécula indicada na figura (ácido formimídico) tendo em

atenção as hibridações das orbitais, os ângulos entre ligações, o tipo de ligações (σ, π) e a

eventual existência de pares de electrões não partilhados e de ligações π deslocalizadas..

Átomo nº

Hibridação

Ângulo

Pares não-ligantes

C

sp

2

_{≈ 120}

o

-N

sp

2

_{≈ 120}

o

₁

O

sp

3

_{≈ 109}

o

₂

A) Desenhar a estrutura da molécula com átomos numerados e átomos de C e de H explícitos.

B) Escrever o tipo de ligaçõese assinalar ospares não-ligantes. C) Aqui em vez de se fazer uma descrição textual da molécula, coloca-se numa tabela: hibridações dos átomos, ângulos em seu torno e nº pares não-ligantes

D) Indicar ligações π deslocalizadas

Não há ligações π deslocalizadas, mas apenas uma ligação C=N π localizada.

s

p

s

_s

(5)

II-2) Considere as seguintes substâncias: i) Estireno: CH

₂

CHC

₆

H

₅

; ii) Tetracloreto de carbono: CCl

₄

; iii) Propeno: CH

₂

CHCH

₃

a) Indique quais dos três compostos acima indicados podem sofrer uma reacção de polimerização.

b) Classifique os polímeros correspondentes quanto ao tipo de reacção de polimerização e faça um esboço das unidades

repetitivas (por exemplo, represente 2 unidades repetitivas) de cada um desses polímeros.

Só o estireno e o propeno poderão polimerizar por adição consecutiva dos monómeros através da sua ligação dupla

(6)

III- 1) O Fe puro sofre uma transformação de ccc para cfc a 912

o

_{C. Calcule a variação de massa volúmica (densidade)}

associada a esta transformação estrutural.

Considere os seguintes parâmetros de rede: a

_ccc

= 0.293 nm, a

_cfc

= 0.363 nm. (1 nm = 10

-9

_m)

d

_cfc

=

4

×

55.845 6.023 × 1023

0.363 × 10−7

3 = 7.75 g

cm−3

d

_ccc

=

2

×

55.845 6.023 × 1023

0.293 × 10−7

3 = 7.37 g cm

−3

Δd =

7.75 −7.37

_7.37

× 100= + 5.15%

Cúbica de corpo centrado

(ccc)

Cúbica de faces centradas

(cfc)

2 átomos/célula unitária

(ccc)

4 átomos/célula unitária

(cfc)

2 átomos/célula unitária

Conclusão: Há um aumento de 5,15% na massa volúmica do

(7)

III-2) Preveja, com base na TOM, qual dos metais apresenta maior dureza: Fe ou Co? Justifique.

Elementos do 4º período

E

1 átomo

6N Níveis

Antiligantes

(12N e

-

₎

3N Níveis

Ligantes

(6N e

-

₎

N átomos

Fe - [Ar] 3d

6

_4s

2

Co -[Ar] 3d

7

_4s

2

6N e

-2N e

-Grau de preenchimento (G.P.)

6N e

-3N e

-G.P.(Co) =

9N

2 9N

=

1

2 = 0,50 (50%)

G.P.(Fe) =

8N

2 9N

=

4

9 = 0,444 (44,4%)

6N

3N

Níveis eletrónicos

6N

3N

Níveis eletrónicos

(8)

Ca Ti Cr Fe Ni Zn Rb Y Nb Tc Rh Ag Ba Hf W Os Pt Hg 0 200 400 600 800 1000 E n e rg ia d e c o e s ã o ( k J /m o l) nº atómico

Metais dos 4º, 5º e 6º Períodos da Tabela Periódica

Verifica-se experimentalmente que os metais do Grupo 6 (6 e- _{de valência) dos 4º, 5º e 6º períodos da Tabela Periódica exibem as} melhores propriedades físicas. Logo, isso corresponde a uma banda de 9N níveis em que 3N níveis estão totalmente ocupados, sendo esses electrões todos situados em orbitais ligantes. Esses 3N níveis definem a separação da zona ligante/antiligante da banda de

electrões. Logo acima de 3N níveis preenchidos, ou seja de um G.P. de 1/3, começam a existir de electrões de caráter antiligante, sendo que um grau de preenchimento cada vez maior dos níveis antiligantes da banda conduz a um decréscimo da Energia de Coesão (ver Figura). Como:

E

_coesão

 Dureza

(9)

IV-1) Determine a absorvância e a transmitância de uma solução de concentração 0,00240 mol L

-1

_{de uma substância com o}

coeficiente de absortividade molar



= 313 L mol

-1

_cm

–1

_{. Considere que foi usada uma célula de 1,50 cm de percurso ótico.}

Lei de Lambert Beer

Nesta equação A é a absorvância, c representa a concentração molar da espécie em solução (mol L-1_),

l a distância percorrida pela radiação através da solução (cm) e ε o coeficiente de absortividade molar

da espécie em estudo (L mol-1_cm–1₎

Dados:

Concentração = 0,00240 mol L-1



= 313 L mol-1 _cm–1

percurso ótico = 1,50 cm

Pela substituição direta dos valores na Lei de Lambert Beer obtemos que a absorvância tem o valor de 1,13.

Para determinar a transmitância utiliza-se a seguinte equação: A = -log₁₀T. O valor da transmitância é de 0,074.

(10)

IV-2) À temperatura ambiente, o glicerol (C

₃

H

₈

O

₃

, ver figura) é um líquido. Discuta a miscibilidade do

glicerol em metanol (CH

₃

OH) efectuando uma análise comparativa e semiquantitativa de todas as

interacções em jogo.

Pela análise das estruturas verifica-se que ambas são moléculas polares. No caso do glicerol tem 50 electrões de valência,

enquanto o metanol tem 18, o que faz com que o glicerol tenha maior polarizabilidade do que o metanol. Como moléculas

polares possuem forças de Keesom (dipolo permanente-dipolo permanente), mas a presença de grupos CH

₂

e CH

₃