Átomos, íons, moléculas e compostos iônicos e forças intermoleculares
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QUÍMICA BÁSICA: TRANSFORMAÇÕES
Prof. Ary MaiaUFPB/CCEN/DQ
Átomos, íons, moléculas e compostos iônicos e
Forças Intermoleculares
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Uma molécula é um agregado de dois ou mais átomos em um arranjo definido, mantidos juntos através de ligações químicas
H2 H2O NH3 CH4
Uma molécula diatômica contém somente dois átomos
H2, N2, O2, Br2, HCl, CO
Uma molécula poliatômica contém mais de dois átomos
O3, H2O, NH3, CH4
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Um íon é um átomo, ou grupo de átomos, que apresentam uma carga final positiva ou negativa
cátion – íon com uma carga positivase um átomo neutro perde um ou mais elétronsse transforma em um cátion.
ânion – íon com uma carga negativase um átomo neutro ganha um ou mais elétronsse transforma em um ânion.
Na 11 prótons11 elétrons
Na+ 11 prótons10 elétrons
Cl 17 prótons17 elétrons
Cl-17 prótons18 elétrons
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Um íon monoatômico contém apenas um átomo
Um íon poliatômico contém mais de um átomo
Na+, Cl-, Ca2+, O2-, Al3+, N3-
OH-, CN-, NH4+, NO3
-
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13 prótons, 10 (13 – 3) elétrons
34 prótons, 36 (34 + 2) elétrons
Você compreendeu íons?
Quantos prótons e elétrons existem em Al2713
?3+
Quantos prótons e elétrons existem em Se7834
2- ?
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2.5
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Uma fórmula molecular mostra o número exato de átomos de cada elemento na menor unidade da uma substância
Uma fórmula empírica (também conhecida como fórmula mínima)mostra a razão mais simples entre os átomos em uma substância
H2OH2O
molecular empírica
C6H12O6 CH2O
O3 O
N2H4 NH2
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Uma composição percentual mostra a massa relativa de cada elemento na massa total do composto, na forma de uma relação percentual.
Ex: Para a amônia (NH3):
Massa percentual do N na amônia
Massa percentual do H na amônia
Logo a NH3 tem uma composição centesimal aproximada de:82,27% de Nitrogênio e 17,76% de Hidrogênio
3
3
NH de mol 1 de massaNH de mol 1 em N de massa %27,82100*
3NH de 17,030gN de 14,01g
3
3
NH de mol 1 de massaNH de mol 1 em H de massa %76,17100*
3NH de 17,030gH de 3,024g
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A partir da composição percentual de uma amostra é possível determinar-se a fórmula empírica e a fórmula molecular.
Ex: Para a hidrazina, sua composição percentual é 87,42% de N e 12,58% de H. Determine sua fórmula empírica e fórmula
molecular:
A partir desta composição percentual pode-se afirmar que em 100g de hidrazina existem 87,42 g de N e 12,58 g de H. Logo:
Observando-se a relação entre estes números de moles:
Sabendo-se que a massa molar da hidrazina é 32,0 g/mol determina-se que a fórmula molecular da hidrazina é
N2H4.
N de moles 241,6*N de g 42,87 N de 14,007gN de mol 1
H de moles 48,12*H de g 2,581 H de 1,0079gH de mol 1
2N de moles 00,1H de moles 00,2
N de mol 6,241H de mol 12,48 NH
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Compostos iônicos consistem de um cátion e um ânion
• a fórmula é sempre a mesma da fórmula empírica
• a soma das cargas dos cátions e ânions em cada unidade de fórmula tem que ser zero
O composto iônico NaCl
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Fórmula de Compostos Iônicos
Al2O3
2 x +3 = +6 3 x -2 = -6
Al3+ O2-
CaBr2
1 x +2 = +2 2 x -1 = -2
Ca2+ Br-
Na2CO3
1 x +2 = +2 1 x -2 = -2
Na+ CO32-
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Alguns íons poliatômicos
NH4+ amônio SO4
2- sulfato
CO32- carbonato SO3
2- sulfito
HCO3- bicarbonato NO3
- nitrato
ClO3- clorato NO2
- nitrito
Cr2O72-
dicromato SCN- tiocianato
CrO42- cromato OH- hydróxido
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Por que a agulha flutua?
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Forças Intermoleculares: (inter = entre) entre molecules
O que determina se uma substância é sólida, líquida ou gasosa?
e a temperatura (energia cinética) das moléculas.
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Gases: A energia cinética média das moléculas gasosas é muito maior que a energia média das atrações entre elas.
Líquidos: As forças atrativas intermoleculares são fortes o suficiente para manter as moléculas próximas, mas sem muita ordem.
Sólidos: As forças atrativas intermoleculares são fortes o suficiente para bloquear as moléculas em um local (elevada ordenação).
Eles são dependentes da tempratura?
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A intensidade das forças intermoleculares são geralmente menores que as ligações iônicas e covalentes.
16 kJ/mol (para separar as moléculas)
431 kJ/mol (para quebrar a ligação)
++-
-
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Tipos de Forças Intermoleculares (entre moléculas neutras):
Forças Dipolo-dipolo : (moléculas polares)
SO O..::
....
:+
--
SO O..::
....
:+
--
Atração dipolo-dipolo
Que tipo de efeito esta atração tem sobre o ponto de ebulição?
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Moléculas polares têm atraçãodipolo-dipolo entre elas.
+HCl----- +HCl-
Atração dipolo-dipolo
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Tipos de forças intermoleculares (entre moléculas neutras):
Ligação de Hidrogênio: casos de interações dipolo-dipolo muito fortes (ligações envolvendo H-F, H-O, e H-N são os casos mais importantes).
+H-F- --- +H-F-
Ligação de Hidrogênio
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Ligação de Hidrogênio é uma força de interação atrativa que ocorre entre um átomo de hidrogênio ligado covalentemente a um um átomo muito pequeno e altamente eletronegativo e um par isolado de um outro átomo pequeno e eletronegativo (F, O, or N).
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Prediga uma tendência para: NH3, PH3, AsH3, e SbH3
Ponto de Ebulição vs massa molecular
100
0
-100
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Prediga uma tendência para : NH3, PH3, AsH3, e SbH3
-100
-80
-60
-40
-20
0
0 50 100 150
Molecular Weight (g/mol)
Boi
ling
Pt (
Cel
cius
)
NH3
PH3
AsH3
SbH3
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-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
0 50 100 150
Molecular Weight (g/mol)
Boi
ling
Pt (
Cel
cius
)
NH3
PH3
AsH3
SbH3
Observando agora para HF, HCl, HBr, e HI
HF
HClHBr
HI
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Tipos de forças intermoleculares (entre moléculas neutras):
“elétrons são deslocados para o lado de sobrecarga de um átomo ou molécula”.
Forças de dispersão de London: (momento dipolo instantâneo)( também chamadas de forças de van der Waal’s)
+ +- -
atração
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polarizabilidade: a facilidade com que um átomo ou molécula pode ser distorcida para ter um dipolo instantâneo.
Em geral moléculas grandes são mais
facilmente polarizáveis que as pequenas.
pequenaGrande e“mole”
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Outros tipos de forças mantendo os sólidos unidos:
Ligaçõão iônica: “íons permanecem ligados por suas cargas”
Não existem moléculas individuais neste caso.
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Ligação Metálica: “mar de elétrons”
Fio de Cobre: O que mantêm os átomos juntos?
Átomos de Cu
Um elétron da camada externa
A que núcleo este elétron pertence?
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Ligção Metálica: “Mar de elétrons”
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Rede covalente: (diamante, quartz) muito forte.
1.54 Å
3.35 Å
1.42 Å
Que tipo de hibridização é esperada em cada espécie?
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Nome Tipo de sólido Força Ponto de Fusão
(oC) Ponto de ebulição
(oC)
Ne
molecular
-249
-246
H2S
molecular
-86
-61
H2O
molecular
0
100
Mercury
metálico
-39
357
W
metálico
3410
5660
CsCl
iônico
645
1290
MgO
iônico
2800
3600
Quartz (SiO2)
Rede covalente
1610
2230
Diamond (C)
Rede covalente
3550
4827
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Isomeros do Pentano: C5H12
iso-pentanon-pentano neo-pentano
Hvap=25.8 kJ/mol Hvap=24.7 kJ/mol Hvap=22.8 kJ/mol
Todos os três têm a mesma fórmula molecular C5H12
Por que eles têm diferentes energias de vaporização?
As Forças de London e as ramificações
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n-pentano
C-C-C-C C
iso-pentano
CC-C-C C
neo-pentano
As Forças de London e as ramificações
Hvap=25.8 kJ/mol
Hvap=24.7 kJ/mol
Hvap=22.8 kJ/mol
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Efeito das estruturas no ponto de ebulição
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Interação íon-dipolo: assim como um sal dissolvido na água
Molécula polar
cátion
ânion
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Mudanças de fase:
sólido líquido (fusão cristalização)
líquido gás (vaporização condensação)
sólido gás (sublimação resublimação)
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Mudanças de Energia que acompanham as mudanças de fase
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Curva de aquecimento para 1 g de água
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Hfus=334 J/g
Calor específico do gelo= 2.09 J/g•K
Calor específico da água= 4.184 J/g•K
Hvap=2260 J/g
Calor específico do vapor= 1.84 J/g•K
Curva de aquecimento para 1 g de água
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Calcule a mudança de entalpia necessária para converter 1 mol de água do gelo a -12oC até vapor a 115oC.
sólido-12oC
sólido0oC
líquido0oC
líquido100oC
gás100oC
gás115oC
H1 + H2 + H3 + H4 + H5 = Htotal
Sp. Ht. + Hfusão + Sp. Ht. + HVaporização + Sp. Ht. = Htotal
Calor específico do gelo = 2.09 J/g•K
Hfus=334 J/g
Calor específico da água = 4.184 J/g•K
Calor específico do vapor = 1.84 J/g•K
Hvap=2260 J/g
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Presão de vapor
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Curvas de Pressão de Vapor
Um líquido evapora quando sua pressão de vapor se iguala a presão externa.
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Ponto de Ebulição normal é a temperatura na qualUm líquido evapora sob uma atmosfera de pressão.
líquido
pressão = 1 atm
Presão de vapor = 1 atm
Vaporização
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Diagram de Fases: (Temperatura vs. Pressão)
(Todas as três fases coexistem aqui)
gás e líquido sãoindistinguiveis.
Temperatura criticaE Pressão critica
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H2O CO2
Observar a inclinação com a pressão Observar a inclinação
com a pressão
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Estruturas Cristalinas:
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Células Unitárias:contém 1 átomo contém 2 átomos
contém 4 átomos
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