Responda como verdadeiro (V) ou falso (F) cada item abaixo e justifique sua resposta:
a) A distância média entre átomos de carbono em alcanos é 1,54 \AA e em alcinos é 1,20 \AA, por isso a energia de dissociação de alcanos é maior que de alcinos.
b) A ligação química \mathrm{C}-\mathrm{H} presente em moléculas orgânicas se dá pela interação do elétron do orbital 1s do hidrogênio com os elétrons no orbital 1s do carbono.
c) O ponto de ebulição do HF líquido é maior que o ponto de ebulição do HCl líquido.
d) Os elétrons de caroço são os responsáveis pela ligação química em um sólido metálico.
e) O ferro é um metal de transição por possuir três orbitais do tipo d ortogonais de mesma energia: o 3 \mathrm{~d}_{\mathrm{x}}, 3 \mathrm{~d}_{\mathrm{y}} e o 3 \mathrm{~d}_{\mathrm{z}}.
f) Um semicondutor extrínseco de germânio dopado com gálio forma um semicondutor intrínseco do tipo-n.

Passo 1

O que o enunciado pede: para cada item (a) a (f) decidir se é verdadeiro (V) ou falso (F) e justificar.
Informações/expressões dadas no enunciado que vamos usar:
  • No item (a): distâncias dadas entre carbonos: em alcanos \,1,54\\ \AA e em alcinos \,1,20\\ \AA.
  • No item (b): fala de orbitais 1s do H e do C.
  • No item (c): compara pontos de ebulição de \mathrm{HF} e \mathrm{HCl}.
  • No item (d): fala em “elétrons de caroço” (ou elétrons de núcleo/interior).
  • No item (e): afirma algo sobre o ferro e orbitais 3d.
  • No item (f): germânio ( \mathrm{Ge}) dopado com gálio ( \mathrm{Ga}) e o tipo de semicondutor resultante.
Vou analisar item por item, explicando a teoria necessária passo a passo.

Passo 2

Item (a): “A distância média entre átomos de carbono em alcanos é \,1,54\\ \AA e em alcinos é \,1,20\\ \AA, por isso a energia de dissociação de alcanos é maior que de alcinos.”
Primeiro, vamos entender a relação distância ↔ energia de ligação:
  • Regra geral: quanto maior a ordem de ligação (single, double, triple), maior a densidade eletrônica entre os núcleos, mais curta a ligação e maior a energia necessária para quebrá‑la. Ou seja, ligação mais curta costuma ser mais forte.
  • Exemplo simples: ligações \mathrm{C}-\mathrm{C} simples são mais longas e menos energéticas que \mathrm{C}\equiv\mathrm{C} triplas.
Aplicando ao caso dado:
  • Alcano: ligação entre carbonos é do tipo simples \mathrm{C}-\mathrm{C} com comprimento típico \,1,54\\ \AA.
  • Alcino: ligação entre carbonos é do tipo tripla \mathrm{C}\equiv\mathrm{C} com comprimento típico \,1,20\\ \AA.
  • Pela regra acima, a ligação tripla é mais curta e mais forte do que a simples, logo a energia de dissociação (energia para quebrar a ligação carbono–carbono) do alcino é maior que a do alcano.
Conclusão lógica: a frase diz o contrário do que a evidência de comprimentos sugere; portanto a afirmação é falsa.

Passo 3

Item (b): “A ligação química \mathrm{C}-\mathrm{H} presente em moléculas orgânicas se dá pela interação do elétron do orbital 1s do hidrogênio com os elétrons no orbital 1s do carbono.”
Vamos revisar a configuração eletrônica do carbono e quais elétrons participam em ligações:
  • Carbono (Z=6) tem configuração eletrônica \;1s^2\,2s^2\,2p^2.
  • Os elétrons do orbital 1s do carbono são elétrons internos (core), fortemente ligados ao núcleo e não participam em ligações químicas típicas.
  • As ligações do carbono envolvem os elétrons da camada de valência, ou seja, os da subcamada 2s e 2p. Na maioria das moléculas orgânicas o carbono sofre hibridização (por exemplo \mathrm{sp^3}, \mathrm{sp^2} ou \mathrm{sp}) e forma orbitais híbridos que se sobrepõem ao orbital 1s do hidrogênio para formar a ligação \mathrm{C}-\mathrm{H}.
  • Portanto, a ligação \mathrm{C}-\mathrm{H} é entre o orbital 1s do H e um orbital de valência híbrido do C (por exemplo um orbital \mathrm{sp^3} em alcanos), não com o 1s do carbono.
Conclusão: a afirmação é falsa.

Passo 4

Item (c): “O ponto de ebulição do \mathrm{HF} líquido é maior que o ponto de ebulição do \mathrm{HCl} líquido.”
Conceitos relevantes:
  • Forças intermoleculares controlam fortemente pontos de ebulição: quanto maiores as forças intermoleculares, maior o ponto de ebulição.
  • Ligações de hidrogênio (uma forma forte de interação dipolo‑dipolo) ocorrem quando H está ligado a F, O ou N muito eletronegativos; resultam em interações intermoleculares fortes.
  • \mathrm{HF} forma ligações de hidrogênio fortes entre suas moléculas. \mathrm{HCl} é menos polar e o cloro é menos eletronegativo e maior, então o \mathrm{HCl} não forma ligações de hidrogênio comparáveis (tem dipolo, mas interações muito mais fracas, e ponto de ebulição controlado por forças de London + dipolo‑dipolo fracas).
Dados práticos (para ilustrar):
  • Ponto de ebulição aproximado: \mathrm{bp}(\mathrm{HF})\approx 19{,}5^\circ\mathrm{C}.
  • Ponto de ebulição aproximado: \mathrm{bp}(\mathrm{HCl})\approx -85^\circ\mathrm{C}.
Portanto, \mathrm{HF} tem ponto de ebulição bem maior que \mathrm{HCl} por causa das ligações de hidrogênio. A afirmação é verdadeira.

Passo 5

Item (d): “Os elétrons de caroço são os responsáveis pela ligação química em um sólido metálico.”
Definição e esclarecimento:
  • “Elétrons de caroço” (ou elétrons de núcleo) são os elétrons das camadas internas (core), ligados fortemente ao núcleo; eles normalmente não participam de ligações químicas.
  • Em sólidos metálicos, a ligação metálica é descrita como um “mar” ou “banho” de elétrons delocalizados — são os elétrons de valência (ex.: elétrons s ou d menos ligados) que se movem livremente e formam a nuvem eletrônica que liga os cátions metálicos.
  • Logo, as elétrons responsáveis pela ligação metálica são elétrons de valência/deslocalizados, não elétrons de caroço.
Conclusão: a afirmação é falsa.

Passo 6

Item (e): “O ferro é um metal de transição por possuir três orbitais do tipo d ortogonais de mesma energia: o 3\mathrm{d}_x, 3\mathrm{d}_y e o 3\mathrm{d}_z.”
Vamos explicar o que é metal de transição e como são os orbitais d:
  • Definição usual: elemento de transição é aquele que tem um subnível d incompleto em pelo menos um dos estados de oxidação comuns, ou cujo átomo neutro apresenta elétrons em orbital d. O ferro ( \mathrm{Fe}) tem elétrons nos orbitais 3d e é, portanto, metal de transição.
  • Orbitais d: existem cinco orbitais d diferentes: frequentemente chamados de d_{xy}, d_{xz}, d_{yz}, d_{x^2-y^2}, d_{z^2}. No átomo isolado (sem campo externo) esses cinco orbitais têm a mesma energia (degenerescência de cinco), não apenas três; eles são mutuamente ortogonais em termos de funções de onda.
  • A afirmação cita apenas três orbitais 3d_x, 3d_y, 3d_z (rotulação incorreta) e diz que por isso o ferro é metal de transição — isso está incorreto tanto na contagem/identificação dos orbitais quanto na justificativa. Além disso, a razão pela qual ferro é metal de transição é a presença de elétrons 3d incompletos, não "três orbitais d" com a mesma energia.
  • Em cristais/complexos, o campo ao redor pode dividir (quebrar) a degenerescência em níveis com energias diferentes (splitting d), mas isso não cria três d “especialmente” iguais como a justificativa quer dizer.
Conclusão: a frase é falsa (a ideia sobre "três orbitais d" está errada e a justificativa é inadequada).

Passo 7

Item (f): “Um semicondutor extrínseco de germânio dopado com gálio forma um semicondutor intrínseco do tipo-n.”
Vamos revisar doping e tipos de semicondutor:
  • Germânio ( \mathrm{Ge}) é um semicondutor intrínseco quando puro.
  • Doping com átomos do grupo 13 (por exemplo \mathrm{Ga}, que tem três elétrons de valência) substitui um átomo de \mathrm{Ge} (que tem quatro elétrons de valência) e cria um nível aceitador (um nível vazio que admite um elétron); esse átomo age como aceitador e gera lacunas (holes) na banda de valência.
  • Resultado: dopagem com \mathrm{Ga} gera um semicondutor do tipo-p (majoridade de portadores são lacunas).
  • Semicondutor do tipo-n teria que ser dopado com um doador (grupo 15, por exemplo \mathrm{As} ou \mathrm{P}), que fornece elétrons extras.
Portanto a afirmação diz que dopar Ge com Ga dá um semicondutor tipo-n — isto é errado: dá tipo-p.
Conclusão: a afirmação é falsa.

Resposta

a) F
b) F
c) V
d) F
e) F
f) F

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