Exercícios Resolvidos de Força e Comprimento de Ligação

USP/IQSC – Lista de Exercícios de Química Geral – Ligação Química. Professor Sérgio Akinobu. Questão 03.

Quais das seguintes moléculas possuem maior energia de dissociação? Ordene de maior a menor. Explique de acordo com isto qual possui maior força de ligação.

a) ( ) F 2 ( ) O 2 ( ) N 2 ( ) I 2

b) ( ) I 2   ( ) N 2 ( ) H 2

c) ( ) H F ( ) H I ( ) H C l

d) ( ) H 2 S ( ) N H 3 ( ) H 2 O

Passo 1

a) Vamos começar analisando essas três moléculas:

Claro que tem muita coisa mudando nessas moléculas (o raio dos átomos, a eletronegatividade, o número de elétrons não ligantes – não representados).

Mas o que salta aos olhos aqui é mesmo a multiplicidade das ligações.

Vai lá... os caras são do mesmo período, a diferença dos raios não deve ser tão drástica.

Em relação aos pares de elétrons não ligantes, que enfraquecem as ligação: N 2 tem menos pares de elétrons não ligantes que o O 2 que tem menos que o F 2 . Então, por esse critério a ligação menos esfraquecida é a de N 2 e a mais enfraquecida será a do   F 2 .

Mas o fator principal aí, são as ligações dupla e tripla.

Com uma ligação tripla, o N 2 vai ter a maior e energia de dissociação, seguida do O 2 (com a ligação dupla) e do F 2 (ligação simples).

( 3 )   F 2           ( 2 )   O 2           ( 1 )   N 2

Mas nessa de ligação simples, a gente também tem o iodo.

Os dois tem o mesmo número de pares de elétrons não ligantes e apenas uma ligação simples.

A grande diferença aqui, está no raio. Enquanto o flúor é do segundo período da tabela periódica, o iodo tá no quinto!

Como o iodo é muito maior, o comprimento da ligação I-I será muito maior que o da F-F. Como a gente viu, via de regra, ligações maiores são mais fracas, e a nossa ordem fica assim:

3 F 2           2 O 2           1 N 2           4 I 2

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Passo 2

b) Vamos olhar essas moléculas:

A de ligação mais forte deve ser o N 2 , com aquela ligação tripla ali.

Para os outros dois nos resta olhar os raios.

O hidrogênio é do primeiro período, enquanto o iodo é do quinto período da tabela periódica, tendo raio muito maior.

Com raio muito maior, os compostos de iodo vão tem um comprimento de ligação maior. E a gente viu que quanto maior o comprimento de ligação, mais fraca é a ligação.

Por isso, a ligação H-H deverá ser mais forte do que a ligação I-I.

3 I 2             1 N 2               2 H 2

E como quem tem maior energia de dissociação tem a ligação mais forte, a ligação mais forte é a do N 2 , seguido do H 2 e, por último, do I 2 .

Passo 3

c) Aqui a gente tá mantendo o H e mudando o halogênio da ligação: F, I e Cl.

Se você olhar a tabela periódica vai ver que, em relação aos raios:

F   <   C l   <   I

Portanto, a ligação HF será mais curta que a ligação HCl, que será mais curta que a ligação HI.

Com ligações mais curtas costumam ser mais fortes, a gente espera que a ligação do HF seja mais forte que a do HCl, que seja mais forte que a do HI (assim como as energia de dissociação).

( 1 )   H F             ( 3 )   H I             ( 2 )   H C l          

Passo 4

d) E agora para H 2 S , N H 3 e H 2 O ?

Você chegou a notar que o enunciado pede a energia de dissociação da molécula, e não de cada ligação?

Nos outros itens isso não foi um problema porque todas as moléculas tinham apenas uma ligação.

Mas aqui é diferente.

Vamos começar dando uma olhada nas estruturas desses caras:

A gente precisa analisar as ligações S-H, O-H e N-H.

Entre S-H e O-H o fator mais importante vai ser o raio. S e O são da mesma família, mas separados por um período.

Como S é maior, suas ligações serão mais longas e, por consequência, mais fracas.

Agora, e a ligação N-H?

O N é um pouco maior que o oxigênio (mesmo período, menor Z ), o que indica que a ligação N-H deve ser um pouco mais fraca.

Além disso, o oxigênio é mais eletronegativo que o nitrogênio, atraindo mais a eletrosfera do H.

Por outro lado, o N tem um par de elétrons não ligantes, enquanto o oxigênio tem dois, gerando mais repulsão e enfraquecendo a ligação O-H.

Mas, como o N H 3 tem uma ligação a mais que o H 2 O , a energia de dissociação da molécula será maior para o N H 3 .

Mas não é possível afirmar qual ligação será mais forte: a O-H ou a N-H.

Utilizando uma tabela de dados, a gente pode ver que a ligação O-H é mais forte que a ligação N-H.

Como o enunciado pede para ordenar pelas energias de dissociação das moléculas, fica assim:

( 3 )   H 2 S             ( 1 )   N H 3             ( 2 )   H 2 O

Resposta

a) 3 F 2           2 O 2           1 N 2           4 I 2

b) 3 I 2             1 N 2               2 H 2

c) 1 H F             3 H I             2 H C l      

d) ( 3 )   H 2 S             ( 1 )   N H 3             ( 2 )   H 2 O

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