(Questão 01) Materiais são constituídos por átomos que, no estado sólido, mantêm-se unidos por ligações químicas primárias e secundárias. O tipo de ligação afeta as propriedades químicas e físicas do material. Acerca desse assunto, assinale a opção incorreta. ( 0,5 Ponto)
a) Diferentemente dos materiais metálicos e cerâmicos, nos polímeros, a temperatura de fusão é determinada pelas ligações primárias covalentes e não pelas ligações secundárias fracas, que incluem ligações de Van der Waals e pontes de hidrogênio.
b) Sabendo que os elementos químicos cálcio e oxigênio têm números atômicos 20 e 8 , respectivamente, é correto afirmar que a ligação química formada entre átomos desses dois elementos é predominantemente do tipo iônica.
c) A ligação carbono-cloro tem energia mais baixa que as ligações carbono-carbono e carbono-hidrogênio. Por essa razão, durante a degradação do policloreto de vinila (PVC), ocorre a liberação de ácido clorídrico (HCl) devido à quebra da ligação carbono-cloro.
d) O módulo de elasticidade do silício metálico ( Si ) é menor que o da sílica ( \mathrm{SiO}_{2} ), devido à mais alta energia das ligações presentes no composto.
e) O elemento químico cobre ocorre na natureza na forma de óxido de cobre, devido ao fato de a ligação química iônica ser mais estável que a ligação metálica.

Passo 1

O enunciado pede para identificar a opção incorreta entre as alternativas (a)–(e). Vou listar claramente o que cada alternativa afirma (usarei os dados numéricos fornecidos quando houver):
  • (a) Nos polímeros, a temperatura de fusão é determinada pelas ligações primárias covalentes e não pelas ligações secundárias fracas (Van der Waals, pontes de hidrogênio); afirma que isso difere de metais e cerâmicos.
  • (b) Os elementos cálcio e oxigênio têm números atômicos 20 e 8, respectivamente; por isso a ligação entre eles é predominantemente iônica.
  • (c) A ligação carbono-cloro tem energia mais baixa que as ligações C–C e C–H; por isso, na degradação do PVC ocorre liberação de \mathrm{HCl} pela quebra da ligação C–Cl.
  • (d) O módulo de elasticidade do silício ( \mathrm{Si}) é menor que o da sílica ( \mathrm{SiO_2}), devido à maior energia das ligações no composto.
  • (e) O cobre ocorre na natureza na forma de óxido de cobre porque a ligação iônica é mais estável que a ligação metálica.
O objetivo é decidir qual dessas afirmações é incorreta, justificando passo a passo.

Passo 2

Conceitos fundamentais que vou usar (explicados de forma didática):
  • Ligações primárias: ligações químicas fortes entre átomos — covalente, iônica e metálica. Elas envolvem compartilhamento ou transferência substancial de elétrons e energia de ligação alta.
  • Ligações secundárias: forças intermoleculares fracas — London (dispersion), dipolo-dipolo, ligações de hidrogênio. São muito mais fracas que ligações primárias e determinam a facilidade com que moléculas ou cadeias escorregam umas sobre as outras.
  • Temperatura de fusão ( T_m) de um material: é a temperatura na qual a estrutura ordenada (cristalina) perde sua ordenação e o material passa ao estado líquido (ou, para polímeros semicristalinos, as regiões cristalinas “derretem”). Separar duas cadeias poliméricas cristalinas exige vencer interações intermoleculares (ligações secundárias) e influência do empacotamento das cadeias.
  • Degradação térmica (ou decomposição) de polímeros: envolve quebra de ligações primárias (covalentes) e ocorre a temperaturas mais altas que T_m; por isso fala-se em temperatura de decomposição ( T_d).
  • Formação de ligações iônicas: favorecida por diferença grande de eletronegatividade entre átomos (metais alcalinos/terrosos com não-metais eletronegativos).
  • Módulo de elasticidade (módulo de Young): mede rigidez do material; relaciona-se qualitativamente com a força/interação entre átomos e a topologia da rede, mas não é determinado apenas pela energia de uma ligação isolada — estrutura cristalina e densidade também importam.
Vou aplicar esses conceitos a cada alternativa.

Passo 3

Avaliação da alternativa (a).
  • O enunciado de (a) afirma que, nos polímeros, a temperatura de fusão é determinada pelas ligações primárias covalentes (e não pelas ligações secundárias fracas).
  • Na verdade, para polímeros termoplásticos semicristalinos, a temperatura de fusão T_m está associada ao rompimento/relaxamento das interações entre cadeias (empacotamento cristalino e forças intermoleculares: Van der Waals, dipolo, pontes de H). As cadeias poliméricas permanecem intactas (as ligações covalentes da cadeia não são quebradas) quando o polímero “derrete”; o que muda é a mobilidade e o desarranjo das cadeias — isso é controlado por ligações secundárias e pela forma/regularidade das cadeias.
  • A quebra das ligações covalentes (ligação primária) corresponde a decomposição química do polímero e ocorre a temperaturas mais altas, em vez de ser o mecanismo normal de fusão.
  • Exemplos simples: poli(etileno) e PVC apresentam T_m determinado pelo empacotamento e forças intermoleculares; a temperatura em que começam a quebrar as ligações C–C ou C–H (decomposição) é bem maior que T_m.
  • Conclusão: a alternativa (a) está conceitualmente incorreta — ela inverte os papéis de ligações primárias e secundárias na determinação da fusão de polímeros.

Passo 4

Avaliação da alternativa (b).
  • Para saber se uma ligação é predominantemente iônica, usa-se a diferença de eletronegatividade entre os elementos: metais dos grupos alcalino-terrosos (como cálcio) tendem a perder elétrons formando cátions ( \mathrm{Ca^{2+}}), e oxigênio tende a ganhar elétrons formando ânions ( \mathrm{O^{2-}}). Assim forma-se \mathrm{CaO}, típico composto iônico.
  • O fato de os números atômicos dados serem 20 (C a) e 8 (O) confirma que se trata de um metal reativo com um não-metal eletronegativo — condição típica para ligação iônica.
  • Conclusão: (b) é correta.

Passo 5

Avaliação da alternativa (c).
  • A energia de dissociação de ligação (ordens de grandeza típicas, para referência) costuma ser aproximadamente: \text{BDE(C–H)} \approx 410\\ \text{kJ/mol}, \text{BDE(C–C)} \approx 330\text{–}370\\ \text{kJ/mol}, \text{BDE(C–Cl)} \approx 300\text{–}350\\ \text{kJ/mol} dependendo do entorno químico. Em muitos casos a ligação C–Cl é mais fraca que C–H e comparável ou um pouco mais fraca que C–C.
  • No policloreto de vinila (PVC) a presença de muitos átomos de cloro ligados ao esqueleto de carbono facilita reações de desidrogenação/descloração (reação chamada de desidrogenação ou de-hidrocloração), levando à perda de \mathrm{HCl} quando C–Cl é rompida e ocorrem reações em cadeia.
  • Portanto, a explicação dada em (c) está de acordo com a química conhecida do PVC.
  • Conclusão: (c) é correta.

Passo 6

Avaliação da alternativa (d).
  • A alternativa afirma que o módulo de elasticidade de \mathrm{Si} é menor que o da sílica \mathrm{SiO_2} por causa da maior energia das ligações no composto (presumivelmente as ligações Si–O).
  • É verdade que as ligações Si–O são energeticamente fortes (Si–O é uma ligação relativamente forte), e que cerâmicas à base de \mathrm{SiO_2} possuem redes covalentes Si–O–Si. Entretanto, o módulo de elasticidade macroscópico depende não só da energia de uma ligação isolada, mas também da estrutura da rede, densidade, orientação cristalina e empacotamento atômico.
  • Dados experimentais mostram que o silício cristalino (rede covalente tipo diamante) é bastante rígido (módulo de Young típico da ordem de 10^{2}\\ \text{GPa}), e que formas de \mathrm{SiO_2} (como vidro de sílica ou quartzo) apresentam módulos que podem ser comparáveis ou menores dependendo da forma cristalina/amorfa. Assim, afirmar de forma absoluta que E(\mathrm{Si}) < E(\mathrm{SiO_2}) apenas “devido à maior energia de ligação” é uma simplificação exagerada: a relação entre energia de ligação e módulo não é direta e unívoca.
  • Em resumo: a justificativa dada em (d) é simplista e a afirmação como enunciada é imprecisa. No entanto, a questão principal já identificada no passo 3 (alternativa (a)) é claramente incorreta por confundir fusão com decomposição; (d) pode ser discutível dependendo da forma de \mathrm{SiO_2}, mas não é tão flagrantemente errada no nível conceitual de que ligações Si–O são fortes. (A intenção pedagógica costuma ser marcar a que inverteu papel das ligações nos polímeros como incorreta.)
  • Conclusão: (d) contém uma justificativa simplista; não é a alternativa que vou apontar como incorreta principal neste contexto (a) é mais claramente falsa conforme explicado no Passo 3.

Passo 7

Avaliação da alternativa (e).
  • A alternativa diz que o cobre ocorre na natureza na forma de óxido de cobre, “devido ao fato de a ligação iônica ser mais estável que a ligação metálica”.
  • Na realidade, o cobre é pouco reativo comparado a muitos metais e pode ocorrer na natureza em estado nativo (metal elemental) em certas jazidas; ele também forma minerais (óxidos, sulfetos, carbonatos) dependendo das condições geológicas e do ambiente oxidante. Não se pode afirmar que a ocorrência em forma de óxido decorre de uma regra geral de “maior estabilidade da ligação iônica sobre metálica”.
  • A estabilidade do estado elementar vs. estado oxidado depende de potencial redox, condições ambientais (presença de oxigênio, água), e cinética, não de uma comparação universal entre “ligação iônica” e “ligação metálica”.
  • Portanto, (e) afirma uma razão equivocada e simplista para a ocorrência natural do cobre e está incorreta em sua justificativa. Contudo, entre as alternativas, a (a) é a que contém o erro conceitual mais direto e didaticamente crítico sobre fusão de polímeros (ver Passo 3).
  • Conclusão: (e) também é incorreta em sua justificativa simplista — mas, para o objetivo de escolher a alternativa que é claramente incorreta quanto ao conceito principal solicitado na disciplina (ligação e comportamento térmico de polímeros), a (a) é a resposta que deve ser assinalada.

Passo 8

Resumo didático final (motivando a escolha):
  • A alternativa (a) confunde temperatura de fusão com temperatura de decomposição e atribui ao rompimento das ligações covalentes (primárias) o que, na prática, é controlado por forças intermoleculares (secundárias) e empacotamento de cadeias em polímeros. Isso é um erro conceitual básico sobre comportamento térmico de polímeros.
  • As alternativas (b) e (c) descrevem situações bem aceitas (formação de \mathrm{CaO} iônico e fragilidade relativa da ligação C–Cl levando à liberação de \mathrm{HCl} no PVC).
  • As alternativas (d) e (e) têm justificativas simplificadas; (d) mistura energia de ligação com módulo sem contextualizar estrutura, e (e) dá uma razão inadequada para ocorrência natural do cobre. Mesmo assim, o erro mais direto e não ambíguo entre todas é o da alternativa (a).

Resposta

a)

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