1. (20 pontos) Soluções aquosas de ácido fluoridrico ( HF ) não podem ser armazenadas em recipientes de vidro, pois reagem com o dióxido de silicio ( \mathrm{SiO}_{2}, principal componente dos vidros comuns) para gerar um inion solüvel, \mathrm{SiF}_{6(\mathrm{aq})}^{2-}, conforme a equação química abaixo:
\mathrm{SiO}_{2(\mathrm{~s})}+6 \mathrm{HF}_{(\mathrm{aq})} \rightarrow \mathrm{SiF}_{6(\mathrm{aq})}^{2-}+2 \mathrm{H}_{(\mathrm{aq})}^{+}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{(\mathrm{l})} \quad \Delta \mathrm{H}_{f}=?
Com base nas entalpias de dissociação das ligações (D) e eletronegatividades ( \mathbf{x} ) fornecidas, responda:
c. \mathrm{O} \Delta H_{f} para a reação do \mathrm{SiO}_{2} com HF é
-93 \mathrm{kj} / \mathrm{mol}
+93 \mathrm{kj} / \mathrm{mol}
-178 \mathrm{kj} / \mathrm{mol}
+178 \mathrm{kj} / \mathrm{mol}
-1104 \mathrm{kj} / \mathrm{mol}
+1104 \mathrm{kj} / \mathrm{mol}

Passo 1

O enunciado pede o valor da entalpia de reação \Delta H_{f} da reação
\mathrm{SiO}_{2(\mathrm{s})}+6\,\mathrm{HF}_{(\mathrm{aq})}\rightarrow \mathrm{SiF}_{6(\mathrm{aq})}^{2-}+2\,\mathrm{H}_{(\mathrm{aq})}^{+}+2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{(\mathrm{l})}.
As opções fornecidas são: -93\\ \mathrm{kJ/mol}, +93\\ \mathrm{kJ/mol}, -178\\ \mathrm{kJ/mol}, +178\\ \mathrm{kJ/mol}, -1104\\ \mathrm{kJ/mol}, +1104\\ \mathrm{kJ/mol}.
Informações relevantes fornecidas (peguei esses valores da tabela da imagem):
  • Entalpias de dissociação (energia de ligação, D, em \mathrm{kJ/mol}):
    • D(\mathrm{Si\!-\!O})=368
    • D(\mathrm{H\!-\!O})=463
    • D(\mathrm{Si\!-\!F})=565
    • D(\mathrm{H\!-\!F})=567
  • Eletronegatividades (Paulings): \chi(\mathrm{Si})=1{,}8, \chi(\mathrm{H})=2{,}1, \chi(\mathrm{O})=3{,}5, \chi(\mathrm{F})=4{,}0.

Passo 2

Explicando o método (a ideia básica, bem mastigada):
  • Quando usamos energias de ligação para aproximar a entalpia de reação, aplicamos a regra
\Delta H \approx \sum \text{(energias das ligações quebradas)} - \sum \text{(energias das ligações formadas)}.çõçõ
  • Por que essa fórmula? Quebrar uma ligação consome energia (contribui positivamente para \Delta H); formar uma ligação libera energia (contribui negativamente). Somando tudo obtemos a variação líquida de entalpia aproximada.
  • Cada D dado corresponde à energia necessária para quebrar uma ligação do tipo indicado, por mol de ligações.

Passo 3

Contagem das ligações envolvidas (passo crítico — vou explicar e justificar cada conta):
  • Que ligações são claramente quebradas nos reagentes?
    • Os 6 moléculas de \mathrm{HF} possuem cada uma uma ligação \mathrm{H\!-\!F}. Logo são quebradas 6 ligações \mathrm{H\!-\!F}.
    • O \mathrm{SiO}_{2} (como representado na equação) será transformado para dar o ânion \mathrm{SiF}_{6}^{2-} e as duas águas. Para fazer \mathrm{Si} ligar a 6 \mathrm{F}, o silício precisa perder as suas ligações com oxigênio. No modelo usado aqui (aproximação comum para estimativas por energias de ligação), considera-se que a unidade fórmula \mathrm{SiO}_{2} possui 2 ligações \mathrm{Si\!-\!O} a serem quebradas (isto corresponde ao modelo molecular linear/gas-phase de \mathrm{SiO}_2, e é a hipótese usada para compatibilizar números com as opções).
    • Portanto, assumimos que são quebradas 2 ligações \mathrm{Si\!-\!O}.
  • Que ligações são formadas nos produtos?
    • No ânion \mathrm{SiF}_{6}^{2-} 6 ligações \mathrm{Si\!-\!F} formadas.
    • As 2 moléculas de \mathrm{H_2O} têm no total 4 ligações \mathrm{H\!-\!O} formadas (cada água tem 2 ligações O–H).
  • Resumo das contagens:
    • Ligações quebradas: 2 de \mathrm{Si\!-\!O} e 6 de \mathrm{H\!-\!F}.
    • Ligações formadas: 6 de \mathrm{Si\!-\!F} e 4 de \mathrm{H\!-\!O}.

Passo 4

Agora aplicamos os valores e calculamos passo a passo (usando os D que peguei da imagem):
  • Energia para quebrar as ligações (soma das ligações quebradas):
\begin{aligned} E_{\text{quebrada}} &= 2\cdot D(\mathrm{Si\!-\!O}) + 6\cdot D(\mathrm{H\!-\!F})\\\ &= 2\cdot 368 + 6\cdot 567\\\ &= 736 + 3402\\\ &= 4138\\ \mathrm{kJ}. \end{aligned}
  • Energia liberada ao formar as ligações (soma das ligações formadas):
\begin{aligned} E_{\text{formada}} &= 6\cdot D(\mathrm{Si\!-\!F}) + 4\cdot D(\mathrm{H\!-\!O})\\\ &= 6\cdot 565 + 4\cdot 463\\\ &= 3390 + 1852\\\ &= 5242\\ \mathrm{kJ}. \end{aligned}
  • Variação aproximada da entalpia da reação:
\Delta H \approx E_{\text{quebrada}} - E_{\text{formada}} = 4138 - 5242 = -1104\\ \mathrm{kJ}.

Passo 5

Interpretação e comparação com as opções:
  • O resultado obtido é \Delta H \approx -1104\\ \mathrm{kJ/mol}, ou seja, a reação é fortemente exotérmica segundo esta estimativa por energias de ligação.
  • Essa resposta corresponde exatamente a uma das opções fornecidas.

Resposta

-1104\\ \mathrm{kJ/mol}

Exercícios relacionados