Enunciado

131. Os métodos da química verde, que usam reagentes não tóxicos, estão substituindo o cloro elementar no tratamento da polpa de papel. O cloro causa problemas porque é um oxidante muito forte que reage com compostos orgânicos para formar subprodutos tóxicos como furano e dioxinas.

(a) Escrevaa configuração eletrônica de um átomo de cloro no estado fundamental. Quantos elétrons desemparelhados ocorrem no átomo? Escreva a configuração eletrônica esperada para o íon cloreto. A configuração eletrônica do íon cloreto é idêntica ao átomo neutro de que outro elemento?

(b) Quando um átomo de cloro é excitado por calor ou luz, um de seus elétrons de valência é promovido a um nível mais alto de energia. Prediga a configuração eletrônica mais provável do estado excitado de energia mais baixa do átomo de cloro.

(c) Estime o comprimento de onda (em nm) da energia que deve ser absorvida para que o elétron atinja o estado excitado da parte (b). Para isso, use a EQ. 20 e tome a carga nuclear efetica da Fig.1.45.

(d) Qual é o valor da energia necessária na parte (c) em quilojoules por mol e em elétron-volts?

(e) A proprocao de 37Cl em uma amostra típica é 75,77%, o resto sendo 35Cl. Qual seria a massa molar de uma amostra de átomos de cloro se a proprocao de 37Cl fosse reduzida à metade? A massa de um átomo de 35Cl é 5,807x10-23g e a do átomo de 37Cl é 6,139x10-23g.

(f) Quais são os números de oxidação do cloro nos alvejantes ClO2 e NaClO?

(g) Quais são os números de oxidação do cloro nos agentes de oxidação KClO3 e NaClO4?

(h) Escreva os nomes dos compostos das partes (f) e (g).

Passo 1

Letra (a)

O número atômico do cloro é 17. A configuração eletrônica do estado fundamental é :

1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 5

O orbital p possui 3 sub-orbitais e cada orbital acomoda dois elétrons.

Portanto, o orbital p acomoda 6 elétrons.

Na configuração, todos os orbitais foram completamente preenchidos, mas existem 5 elétrons em 3p.

Portanto, o número de elétrons não emparelhados é 1.

O íon cloreto possui 18 elétrons.

Portanto, a configuração eletrônica do íon cloreto é 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6

O átomo neutro que tem 18 elétrons é argônio Ar.

Portanto, a configuração eletrônica do íon cloreto e do argônio é a mesma.

Passo 2

Letra (b)

A configuração eletrônica do estado fundamental do cloro é 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 5 .

O nível de energia mais alto nessa configuração eletrônica é 3p.

O próximo nível de energia mais alto para o nível 3p é o nível 3d.

Portanto, os elétrons no nível 3p de energia promoverão para o nível 3d quando estiverem excitados.

Portanto, a menor configuração possível de elétrons no estado excitdado de cloro é a seguinte:

1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 4 3 d 1

Passo 3

Letra (c)

Primeiro calcule a energiaa absorvida pelo elétrons usando a seguinte equação:

E n = - Z e f f 2 h R n 2

Aqui, En é a energia absorvida pelo elétron para excitar o enésimo nível de energia, Zeff é a carga nuclear efetiva, h e R são constantes definidas. A carga nuclear efetiva do cloro é 6 ( no gráfico). Substituindo valores na equação :

E n = - ( 6 ) ( 6,626 × 10 - 34 J s ) ( 3,29 × 10 15 s - 1 ) 3 2

= - 14,5 × 10 - 19   J

Portanto, a energia absorvida é 14,5 × 10 - 19   J

Calcule o comprimento de onda usando a seguinte equação:

λ = h c E n

Portanto,

λ = 6,626 × 10 - 34 J   s 3 × 10 8 m s 14,5 × 10 - 19   J

= 137   n m

Portanto, o comprimento de onda é 137   n m .

Passo 4

Letra (d)

A energia absorvida é 14,5 × 10 - 19 J

Converta o joule de energia em quilojoule.

  14,5 × 10 - 19 J × 1 k J 1000 J = 14,5 × 10 - 16 k J

Converta a energia em elétron-volts.

  14,5 × 10 - 19 J × 6,24 × 10 18 e V 1 J = 9,04   e V

Passo 5

Letra (e)

Use a seguinte fórmula para calcular a massa molar:

m a s s a   m o l a r = m a s s a   d e   C l 37 × %   a b u n d a n c i a + m a s s a   d e   C l 35 × %   a b u n d a n c i a 100

= 6,139 × 10 - 23 g × 75,77 2 + 5,807 × 10 - 23 g × 100 - 75,77 2 100

= 3,733 × 10 - 23 g

Portanto, a massa molar do cloro é 5,9 33 × 10 - 23 g

Passo 6

Letra (f)

O estado de oxidação do cloro neste caso é +4.

O número de oxidação do cloro em NaClO é +1.

Passo 7

Letra (g)

O número de oxidação do cloro em KClO3 é +5

O número de oxidação do cloro em NaClO4 é +7

Passo 8

Letra (h)

O nome do composto ClO2 é clorito.

O nome do composto NaClO é hipoclorito de sódio.

O nome do composto KClO3 é clorato de potássio.

O nome do composto NaClO4 é perclorato de sódio.

Resposta

  1. Resposta no passo 1
  2. 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 4 3 d 1
  3. 137   n m
  4. 9,04   e V
  5. 5,9 33 × 10 - 23 g
  6. Resposta no passo 6
  7. Idem passo 7
  8. Resposta no passo 8
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Exercícios de Livros Relacionados

Para cada um dos seguintes átomos no estado fundamental, prediga o tipo de orbital (por exemplo, 1s, 2p, 3d, 4f, etc.) do qual um elétron poderia ser removido para torná-lo um íon +1:(a) Zn; (b) Cl;(c
Que elementos têm as seguintes configurações eletrônicas de estado fundamental: (a) [Ar] 3d10 4s2 4p1; (b) [Ne] 3s1 (c) [Kr] 5s2; (d) [Xe] 7f7 6s2.
Para cada um dos seguintes átomos no estado fundamental, prediga o tipo de orbital (por exemplo, 1s, 2p, 3d, 4f, etc.) do qual um elétron poderia ser removido para torná-lo um íon +1:(a) Ge; (b) Mn; (
Prediga o número de elétrons de valência de cada um dos seguintes átomos (inclua os elétrons d mais externos): (a) Bi; (b) Ba; (c) Mn; (d) Zn.
Qual é a configuração do estado fundamental esperada para cada um dos seguintes elementos: (a) arsênio; (b) estrôncio; (c) estanho; (d) platina; (e) ósmio; (f) molibdênio.