9.17 Descreva as diferenças físicas importantes e uma diferença química entre cada um dos compostos de hidrogênio dos elementos do bloco
Período 2 e os seus correspondentes do Período 3.
Passo 1
O enunciado pede que eu descreva, para cada par formado pelo hidreto do elemento do bloco
do Período
e o correspondente do Período
: (1) diferenças físicas importantes e (2) uma diferença química.
Os pares a comparar são (vou listar as fórmulas exatamente como há de aparecer nas respostas):
vs
:
(na prática
) e
.
vs
:
e
.
vs
:
e
.
vs
:
e
.
vs
:
e
.
Os pares a comparar são (vou listar as fórmulas exatamente como há de aparecer nas respostas):
Vou agora desenvolver passo a passo os conceitos necessários e aplicar a cada par. Não vou resolver nada fora desta ordem; no próximo passo começamos a explicar os princípios gerais que controlam as diferenças.
Passo 2
Conceitos gerais que explicam as diferenças (aula rápida e prática). Vou explicar cada fator e por que ele importa para os hidretos:
- Raio atômico e comprimento de ligação: ao descer um grupo (Período
→ Período ) o átomo principal é maior, então a ligação tende a ficar mais longa e mais fraca. Ligação mais fraca costuma significar maior reatividade (mais fácil quebrar) e mudanças em estabilidade térmica. - Eletronegatividade e polaridade de ligação: a diferença de eletronegatividade entre
e determina polaridade . Maior polaridade facilita interações dipolo-dipolo e, se houver H ligado a muito eletronegativo, pode ocorrer ligação de hidrogênio (H-bonding). - Polarizabilidade e forças de dispersão: átomos maiores (Período
) têm elétrons mais polarizáveis. Isso aumenta forças de London, o que tende a aumentar pontos de ebulição/condensação em comparação com hidretos de átomos menores, exceto quando fortes ligações de hidrogênio dominam. - Hidrogenação intermolecular (ligação de hidrogênio): formada quando há H ligado a
favorável para H-bonding; essa interação aumenta muito o ponto de ebulição e altera propriedades físicas (p.ex. água líquida). - Estrutura eletrônica especial: boranos (composto de boro) usam ligações três-centro duas-elétrons (pontes
) porque é deficiente em elétrons; isso altera estado físico e reatividade.
Esses cinco pontos serão usados para justificar os comportamentos de cada par.
Passo 3
Como usar os conceitos: o que observar na prova (guia rápido)
- Verifique se há possibilidade de H-bonding (H ligado a
, ou ). Se sim, espere pontos de ebulição/melting muito maiores. - Se não houver H-bonding, compare polarizabilidade e massa molecular: o hidreto do período maior normalmente tem ponto de ebulição maior (mais fácil condensar) por forças de London.
- Pergunte-se sobre estabilidade química: ligações
mais fracas (geralmente no período 3) tendem a ser mais facilmente quebradas — isso pode tornar o hidreto mais reativo (p.ex. ignição, hidrólise). - Procure por comportamentos especiais: formação de adutos de Lewis (p.ex.
), hidrólise fácil ( ), basicidade ( ) ou acidez ( , ).
Agora aplico par a par com exemplos e números concretos (vou citar pontos de ebulição/estados para ilustrar — números aproximados para exame).
Passo 4
Par
(
) versus
(
) — diferenças físicas importantes:
- Estado/volatilidade:
é um gás volátil (ponto de ebulição ); é um sólido polimérico à temperatura ambiente (não é gasoso). - Estrutura:
apresenta ligações consolidadas chamadas ligações três-centro duas-elétrons (pontes ) — ou seja, hidrogênios bridging entre dois boro; também forma polímeros, mas comporta-se de forma mais sólida/aggregada com caráter mais “sólido” e ligação metálico/íonico-parcial em cadeia. - Consequência física:
tem maior ponto de fusão/decomposição e não é facilmente manipulável como gás; é manejado como gás ou complexado em solventes.
Uma diferença química importante:
-
(ou ) é fortemente eletrófilo e atua como um ácido de Lewis muito reativo que forma adutos facilmente ( , por exemplo) e é um agente de hidroboratação (reduz e adiciona H e B em alcenos). é também um agente redutor, mas é menos volátil e mais difícil de usar como reagente “solúvel” — sua química envolve polímeros e liberação de por decomposição; em resumo: comportamento ácido de Lewis marcante em boro; caráter mais “sólido/refratário” e diferente na manipulação em alumínio.
Passo 5
Par
(
) versus
(
) — diferenças físicas importantes:
- Ponto de ebulição / volatilidade:
ebule a ; ebule a . Ou seja, é menos volátil (bp mais alto) por ser mais polarizável (átomo maior) e ter maiores forças de Van der Waals. - Densidade e polarizabilidade:
é mais polarizável que , portanto interações intermoleculares maiores. - Estabilidade térmica:
é quimicamente mais reativo que ; é notavelmente inerte sob condições ambientais.
Uma diferença química importante:
-
é muito estável e praticamente inerte (exige temperaturas/ativação radicular para reagir). é mais reativo: é pirofórico (pega fogo no ar) e sofre hidrólise relativamente fácil para dar óxidos de silício (por exemplo, gera espécies como ou ácido silícico) — portanto, reage com água e oxigênio muito mais prontamente que .
Passo 6
Par
(
) versus
(
) — diferenças físicas importantes:
- Ligações de hidrogênio e ponto de ebulição:
forma H-bonds apreciáveis e ebule a ; praticamente não forma H-bonds (P menos eletronegativo e H ligado a P não força H-bonding), e ebule a . Assim, tem ponto de ebulição muito mais alto. - Polaridade e solubilidade:
é polar e solúvel em água (forma soluções básicas); é muito menos solúvel e é mais “apertado” como gás.
Uma diferença química importante:
- Basicidade:
é uma base de Brønsted-Lowry razoavelmente forte entre os hidretos (aceita prótons formando ); é um baso muito mais fraco (praticamente não protona sob as mesmas condições). Em termos práticos: reage com ácidos formando sais de amônio; não se comporta comparavelmente.
Passo 7
Par
(
) versus
(
) — diferenças físicas importantes:
- Estado e ponto de ebulição:
é líquido à temperatura ambiente (ponto de ebulição ) graças a extensas ligações de hidrogênio; é gasoso (ponto de ebulição ) pois não forma H-bonds fortes. - Propriedades físicas:
tem alta constante dielétrica, é solvente universal; tem baixa constante dielétrica e é muito menos capaz de dissolver compostos iônicos.
Uma diferença química importante:
- Comportamento ácido/base:
é anfótero (pode agir como ácido ou base) e é um solvente neutro padrão; é um ácido de Brønsted fraco (em água se ioniza parcialmente para e em duas etapas), logo é mais ácido que água (pKa da primeira dissociação de ≈ , enquanto a de é ≈ ).
Passo 8
Par
(
) versus
(
) — diferenças físicas importantes:
- Estado e ponto de ebulição:
é líquido com ponto de ebulição por forte H-bonding e associação em cadeias; é gasoso com ponto de ebulição . - Interações e propriedades físicas:
forma agregados por H-bonding e tem comportamento anômalo (e alta viscosidade relativa em comparação com outros halogenetos de hidrogênio); é molecular, pouco associada.
Uma diferença química importante:
- Acidez em água e comportamento químico:
é um ácido forte em solução aquosa (dissocia praticamente totalmente para e ); é um ácido fraco em água (não dissocia completamente) e apresenta comportamento químico marcante por formar fluoretos complexos e corroer vidro (reage com ). Assim, a força ácida observada em água é , apesar de ser mais eletronegativo — isto acontece por efeitos de ligação e associação intermolecular.
Passo 9
Resumo prático para levanta-rapidez antes de prova (memorização e “truques”):
- Sempre pergunte: há
com ? Se sim, espere H-bonding (maior bp e propriedades anômalas). - Se não houver H-bonding, o hidreto do período
costuma ter maior bp que o do período por polarizabilidade, salvo quando o hidreto do período forma H-bonding. - Em reatividade: hidretos com ligações
mais fracas (geralmente no período ) são mais fáceis de oxidar/hidrólise/quebrar; hidretos de elementos pequenos com alta eletronegatividade tendem a ser melhores bases (no caso de ) ou a formar ligações fortes (no caso de ). - Para cada par, foque em: estado físico (gasoso/líquido/sólido), presença/ausência de H-bonding, reatividade frente a água/oxigênio e comportamento ácido/base.