1 (3 ptos.) - Responda como verdadeiro (V) ou falso (F) cada item abaixo:
a) A energia de ionização (EI) dos metais alcalinos possui a seguinte ordem:
.
b) A superposição de dois orbitais atômicos do tipo-p ao longo do eixo internuclear dá origem a doís orbitais moleculares do tipo-
.
c) Uma ligação iônica é formada entre átomos de grande diferença de eletronegatividade.
d) O orbital atômico 1 s pode receber até dois elétrons, ambos com o mesmo conjunto de números quânticos.
e) A energia para dissociar uma molécula diatômica é igual ao mínimo da curva de energia potencial dessa molécula menos a energia do ponto zero.
f) Os dois átomos de carbono na molécula do eteno possuem hibridização do tipo sp
, por isso essa molécula possui igual número de ligações
e de ligações
.
a) A energia de ionização (EI) dos metais alcalinos possui a seguinte ordem:
b) A superposição de dois orbitais atômicos do tipo-p ao longo do eixo internuclear dá origem a doís orbitais moleculares do tipo-
c) Uma ligação iônica é formada entre átomos de grande diferença de eletronegatividade.
d) O orbital atômico 1 s pode receber até dois elétrons, ambos com o mesmo conjunto de números quânticos.
e) A energia para dissociar uma molécula diatômica é igual ao mínimo da curva de energia potencial dessa molécula menos a energia do ponto zero.
f) Os dois átomos de carbono na molécula do eteno possuem hibridização do tipo sp
Passo 1
O enunciado pede para julgar como verdadeiro (V) ou falso (F) cada uma das seis afirmações (a)–(f). As afirmações são:
- (a) Ordem das energias de ionização dos metais alcalinos:
. - (b) A superposição de dois orbitais atômicos do tipo-
ao longo do eixo internuclear dá origem a dois orbitais moleculares do tipo- . - (c) Uma ligação iônica é formada entre átomos de grande diferença de eletronegatividade.
- (d) O orbital atômico
pode receber até dois elétrons, ambos com o mesmo conjunto de números quânticos. - (e) A energia para dissociar uma molécula diatômica é igual ao mínimo da curva de energia potencial dessa molécula menos a energia do ponto zero.
- (f) Os dois átomos de carbono na molécula do eteno possuem hibridização do tipo
, por isso essa molécula possui igual número de ligações e de ligações .
Agora vamos analisar cada afirmação com conceitos e raciocínio passo a passo.
Passo 2
Analisando (a): tendência das energias de ionização no grupo dos metais alcalinos.
- Conceito importante: energia de ionização (
) é a energia necessária para remover um elétron de um átomo no estado gasoso. Em uma mesma família (coluna) da tabela periódica, conforme se desce o grupo, o raio atômico aumenta porque há mais camadas eletrônicas; elétrons externos ficam mais afastados do núcleo e mais facilmente removíveis. Portanto a tendência geral é que diminua ao descer o grupo. - Aplicando ao grupo 1 (alcalinos): espera-se
. Ou seja, Lítio tem maior e Césio o menor. - A afirmação dada diz a ordem inversa (
), que contradiz a tendência da tabela periódica.
Conclusão para (a): a afirmação é falsa (F).
Passo 3
Analisando (b): formação de orbitais moleculares a partir de orbitais atômicos
.
- Conceito básico de aproximação de orbitais moleculares (MO): dois orbitais atômicos se combinam de formas construtivas e destrutivas para gerar orbitais moleculares ligantes e antiligantes. A geometria relativa dos
-orbitais determina se a combinação gera orbitais ou . - Se dois orbitais
se sobrepõem ao longo do eixo internuclear (ou seja, “end-to-end”, cada lóbulo apontando ao longo do eixo que une os núcleos), essa sobreposição gera um orbital (ligante) e seu correspondente (antiligante). Esse tipo de sobreposição é chamado de sobreposição axial e produz orbitais com simetria cilíndrica em torno do eixo — são orbitais . - Se dois orbitais
se sobrepõem lado a lado (paralelos e perpendiculares ao eixo internuclear), então formam orbitais (um ligante e um antiligante), porque a densidade eletrônica fica acima e abaixo do eixo. - A afirmação diz que a sobreposição ao longo do eixo dá origem a dois orbitais do tipo
— isto está trocado.
Conclusão para (b): a afirmação é falsa (F).
Passo 4
Analisando (c): origem da ligação iônica e eletronegatividade.
- Conceito: eletronegatividade é a tendência de um átomo de atrair elétrons numa ligação química. Quando dois átomos têm muito diferente eletronegatividade, o átomo mais eletronegativo atrai fortemente os elétrons de valência do outro, levando a transferência quase completa de elétrons e formação de íons (
e ). A força eletrostática entre íons opostos resulta na ligação iônica. - Regra prática (Pauling): ligações tendem a ser fortemente iônicas quando a diferença de eletronegatividade
é grande (tipicamente na escala de Pauling), enquanto valores menores produzem ligações covalentes ou covalentes polares. - Assim, a afirmação de que “uma ligação iônica é formada entre átomos de grande diferença de eletronegatividade” é uma boa descrição geral.
Conclusão para (c): a afirmação é verdadeira (V).
Passo 5
Analisando (d): ocupação do orbital atômico
e conjuntos de números quânticos.
- Conceitos fundamentais: cada elétron num átomo é descrito por quatro números quânticos: número quântico principal
, número quântico azimutal , número magnético e número quântico de spin . Para um orbital tem-se . - Princípio de Pauli: não podem existir dois elétrons num mesmo átomo com todos os quatro números quânticos iguais. Portanto, um mesmo orbital pode comportar no máximo dois elétrons, mas eles devem ter spins opostos:
e . Eles diferem no número quântico de spin. - A afirmação diz que os dois elétrons do
podem ter “o mesmo conjunto de números quânticos” — isso violaria o princípio de Pauli e é impossível.
Conclusão para (d): a afirmação é falsa (F).
Passo 6
Analisando (e): energia de dissociação e a curva de energia potencial.
- Conceito da curva de energia potencial de uma molécula diatômica: ao plotar energia potencial
em função da distância interatômica , obtém-se uma curva com um mínimo em . Costuma-se escolher como referência a energia dos átomos separados infinitamente, . Para uma molécula ligada o mínimo da curva é tipicamente negativo se a referência . - Definição correta da energia de dissociação (energia necessária para separar a molécula em átomos no estado gasoso):
. Ou seja, a energia de dissociação é o valor positivo correspondente à distância vertical entre o mínimo e o nível de energia dos átomos separados (normalmente tomado como zero). - Observação sobre energia do ponto zero: às vezes fala-se também de energia de dissociação a partir do nível vibracional fundamental (com energia de ponto zero vibracional
), aí a energia experimental de dissociação vale . Mas a afirmação dada diz literalmente que “a energia para dissociar … é igual ao mínimo da curva menos a energia do ponto zero” — lida ao pé da letra isso está invertido (o correto é energia de dissociação = energia do ponto zero dos átomos separados (normalmente zero) menos o mínimo), ou, se interpretada como subtrair a energia de ponto zero vibracional, a redação ficou ambígua. Pelo enunciado simples e usual, a declaração está incorreta na forma apresentada. - Resumindo: a relação correta (com referência
) é . Se incluir o efeito do zero-point vibracional , então .
Conclusão para (e): a afirmação é falsa (F).
Passo 7
Analisando (f): hibridização em eteno (
) e contagem de ligações
vs
.
- Estrutura do eteno: cada átomo de carbono está ligado ao outro carbono e a dois hidrogênios. Total de ligações na molécula: quatro ligações C–H e uma ligação C–C, mas a ligação C–C é composta por uma ligação
e uma ligação . - Hibridização: cada carbono em eteno é
-hibridizado. Isso significa que cada átomo de carbono forma três orbitais híbridos (usados para três ligações : duas C–H e uma C–C) e sobra um orbital não-hibridizado por átomo (um por carbono) que participa na formação da ligação lateral entre os carbonos. - Contagem: ligações
: - quatro ligações
( ); - uma ligação
contém uma (mais a adicional). - Total de
: .
Ligações: apenas a entre os dois carbonos, portanto ligação .
- quatro ligações
- A afirmação diz que por causa da hibridização
a molécula possui igual número de ligações e . Isso é falso: há muito mais do que em eteno.
Conclusão para (f): a afirmação é falsa (F).
Resposta
a) F
b) F
c) V
d) F
e) F
f) F
b) F
c) V
d) F
e) F
f) F