Quando o dióxido de enxofre reage com o cloro, os produtos são cloreto de tionila,
, e óxido de dicloro,
.
a) Dê a configuração eletrônica do átomo de enxofre, usando diagrama de caixas de orbitais. Não use a notação de gás nobre.
b) Usando a configuração dada na parte (a), escreva um conjunto de números quânticos para o elétron com maior energia no átomo de enxofre.
c) Entre os elementosque participamda reaçãomencionada(
), qual terá a menor energia de ionização?
De qual será o menor raio? Justifique sua resposta.
d) Quem será menor, o íon sulfeto
, ou o átomo de enxofre,
? Justifique sua resposta
e) Se você quiser obter 675 g de
, quantos gramas de
serão necessários?
f) Se você usar
de
e
de
, qual a produção teórica de
? Qual dos reagentes é o limitante? Quanto resta do reagente em excesso?
g) A
da reação entre o
e o
é
de
obtido. Com essa informação e com os dados dos calores padrões de formação (
para o
e
para o
), calcule a entalpia molar padrão de formação do
.
h) Calcule a entalpia se você quiser obter 675 g de
.
b) Usando a configuração dada na parte (a), escreva um conjunto de números quânticos para o elétron com maior energia no átomo de enxofre.
c) Entre os elementosque participamda reaçãomencionada(
d) Quem será menor, o íon sulfeto
e) Se você quiser obter 675 g de
f) Se você usar
g) A
h) Calcule a entalpia se você quiser obter 675 g de
Passo 1
Vamos entender com calma o que o enunciado pede e quais informações ele já deu. O enunciado fornece a reação:
As perguntas são, em ordem:
a) Dar a configuração eletrônica do átomo de enxofre usando diagrama de caixas de orbitais (sem usar a notação do gás nobre).
b) Usando a configuração da parte (a), escrever um conjunto de números quânticos para o elétron de maior energia no átomo de enxofre.
c) Entre : qual tem a menor energia de ionização? Qual tem o menor raio? Justifique.
d) Quem é menor: o íon sulfeto ou o átomo neutro
? Justifique.
e) Quantos gramas de são necessários para obter
de
?
f) Se usamos de
e
de
: qual a produção teórica de
? Qual é o reagente limitante? Quanto resta do reagente em excesso?
g) Sabendo que de
obtido, e que
e
, calcule
.
h) Calcule a entalpia necessária (ou liberada) para obter de
.
a) Dar a configuração eletrônica do átomo de enxofre usando diagrama de caixas de orbitais (sem usar a notação do gás nobre).
b) Usando a configuração da parte (a), escrever um conjunto de números quânticos para o elétron de maior energia no átomo de enxofre.
c) Entre
d) Quem é menor: o íon sulfeto
e) Quantos gramas de
f) Se usamos
g) Sabendo que
h) Calcule a entalpia necessária (ou liberada) para obter
Dados que usarei quando precisar de massas molares: massas atômicas aproximadas que vou usar são
. Vou explicar cada conceito antes de aplicar, passo a passo.
Passo 2
(a) Configuração eletrônica do enxofre e diagrama de caixas (explicando conceitos).
- Lembra do passo a passo para montar a configuração eletrônica: preenchemos níveis em ordem de energia crescente (princípios de Aufbau), cada orbital comporta no máximo dois elétrons com spins opostos (princípio de Pauli) e dentro de um subnível degenerado (como os três orbitais p) ocupamos primeiro com elétrons desemparelhados de spins paralelos para maximizar o spin total (regra de Hund).
- O enxofre tem número atômico
, portanto possui 16 elétrons. Preenchendo na ordem: -
(2 elétrons), -
(2 elétrons), -
(6 elétrons), -
(2 elétrons), -
(4 elétrons).
-
- Em notação compacta:
. Mas o enunciado pediu diagrama de caixas de orbitais. Vou mostrar os orbitais preenchidos de forma explícita (cada representa um orbital; setas representam elétrons com spin):
- Interpretação do diagrama: os três orbitais
têm, entre eles, quatro elétrons: um orbital com par e dois orbitais com um elétron cada , de acordo com a regra de Hund. Isso deixa dois elétrons desemparelhados no subnível .
Passo 3
(b) Escolhendo números quânticos para o elétron de maior energia (explicando o que são).
- Primeiro, qual elétron tem maior energia? Em átomos polieletrônicos, os elétrons com maior número quântico principal
normalmente têm maior energia; aqui os elétrons de maior estão em . Dentro dos elétrons com , os elétrons são os de maior energia total neste átomo. Podemos escolher um dos elétrons desemparelhados em para escrever seus números quânticos. - Significado dos números quânticos:
-
: número quântico principal (nível de energia principal) — aqui . -
: número quântico azimutal (forma do orbital): para orbitais temos respectivamente. Para , . -
: número quântico magnético, indica a orientação do orbital; para , pode ser . -
: número quântico de spin, pode ser ou .
-
- Um conjunto válido (escolhendo um dos elétrons desemparelhados com spin para cima) é:
- Observação: poderia também escolher
ou para outro elétron desemparelhado; todos são energeticamente equivalentes no átomo isolado (degenerados), mas precisamos de um conjunto específico, então dei esse.
Passo 4
(c) Comparando energia de ionização e raios atômicos entre
— conceitos e aplicação.
- Conceitos rápidos e úteis:
- Energia de ionização (EI) é a energia necessária para remover o elétron mais facilmente removível de um átomo neutro no estado gasoso. Tendência geral na tabela periódica: EI aumenta da esquerda para a direita numa mesma linha (período) e diminui de cima para baixo num grupo (família).
- Raio atômico tende a diminuir da esquerda para a direita num período (mais carga nuclear efetiva puxando os elétrons) e a aumentar de cima para baixo num grupo (novos níveis eletrônicos mais afastados).
- Identificando as posições:
-
é período 2, grupo 16. -
é período 3, grupo 17. -
é período 4, grupo 16 (abaixo do S).
-
- Menor energia de ionização: quanto mais para baixo e mais à esquerda, menor a EI. Entre os três,
está mais abaixo (periodo 4) do que (p3) e (p2). Portanto a menor energia de ionização é de
- Menor raio atômico: quanto mais para cima e mais à direita, menor o raio. Entre
, o mais pequeno é (período 2, pequeno e com alta carga nuclear efetiva para aquele período). Portanto o menor raio é de
- Justificativas resumidas:
tem elétrons mais afastados do núcleo (mais níveis ocupados), então tem menor atração efetiva sobre o elétron mais externo — logo menor EI. tem menos camadas e maior atração efetiva por elétrons no mesmo período, portanto menor raio.
Passo 5
(d) Comparação de tamanho:
versus
(explicando física por trás).
- Quando um átomo ganha elétrons para formar um ânion (
), o número de prótons no núcleo permanece o mesmo, mas há mais elétrons, o que aumenta a repulsão entre elétrons e reduz a atração média que o núcleo exerce por elétron (a carga nuclear efetiva por elétron diminui). Isso faz com que as órbitas eletrônicas se expandam — o íon anion é maior que o átomo neutro correspondente. - Portanto:
Passo 6
(e) Quantos gramas de
são necessários para obter
de
— este é um problema de estequiometria.
- Primeiro calcule a massa molar de
:
- Moles de
desejados:
- Pela equação química, para cada
mol de consumimos mol de . Então moles de necessários:
- Massa molar de
:
- Massa de
necessária:
- Resposta: cerca de
de .
Passo 7
(f) Reagentes:
de
e
de
. Vou determinar rendimento teórico, reagente limitante e sobra do reagente em excesso.
- Massas molares usadas:
-
. -
(como acima). -
.
-
- Moles disponíveis:
- Necessidade estequiométrica: para cada
mol precisa mol . Se todo fosse consumido, precisaria
- Comparando com o disponível (
), vemos que há menos do que o necessário: portanto é o reagente limitante. - Produção teórica de
: a partir de limitado, cada mol de dá mol de , logo
- Massa teórica:
- Quanto resta do reagente em excesso (
): consumir-se-á tanto quanto produzido (1:1), então moles consumidos de . Restante:
- Em massa:
- Resumo desta parte: produção teórica
de ; reagente limitante: ; sobra de .
Passo 8
(g) Calcular
a partir de
e das entalpias de formação dadas.
- Relação geral: para a reação considerada,
- Aplicando à reação
onde
(elemento na forma padrão), temos:
- Isolando
:
- Substituindo os valores (
):
- Fazendo as contas:
- Resultado:
.
Passo 9
(h) Entalpia necessária para produzir
de
.
- Já calculamos o número de mols correspondentes a
: (ver Passo 6). - Dado que
por mol de formado, a energia total necessária (endotérmica, sinal positivo) é:
- Interpretação: você precisaria fornecer aproximadamente
de energia para obter de , pois a reação é endotérmica conforme o valor positivo de .
Resposta
a) Diagrama de caixas (configuração eletrônica do S,
):
b) Um conjunto de números quânticos para o elétron de maior energia (um elétron em
):
c) Menor energia de ionização:
.
Menor raio atômico: .
Menor raio atômico:
d) O íon
é maior; o átomo neutro
é menor.
e) Massa de
necessária para
de
:
(aprox.).
f) Produção teórica de
:
(aprox.). Reagente limitante:
. Resto do reagente em excesso (
):
(aprox.).
g) Entalpia padrão de formação de
:
.
h) Entalpia necessária para obter
de
:
.