Respostas a exerccios selecionadosCaptulo 11.1 (a) Mistura heterognea (b) mistura homognea (c) substncia pura (d) mistura homognea 1.3 (a) Al (b) Na (c) Br (d) Cu (e) Si (f) N (g) Mg (h) He 1.5 (a) Hidrognio (b) magnsio (c) chumbo (d) silcio (e) flor (f) estanho (g) mangans (h) arsnio 1.7 C um composto; ele contm carbono e oxignio. A um composto; ele contm pelo menos carbono e oxignio. B no definvel pelas informaes dadas; ele provavelmente um composto, uma vez que poucos elementos existem como slidos brancos. 1.9 1.31 Exato: (c), (d) e (f) 1.33 7,5 cm. H dois algarismos significativos nessa medida; o nmero de cm pode ser lido com preciso, mas h alguma estimativa (incerteza) necessria para ler os dcimos de um centmetro. 1.35 (a) 4 (b) 3 (c) 4 (d) 3 (e) 5 1.37 (a) 3,002 102 (b) 4,565 105 (c) 6,543 103 (d) 9,578 10 4 (e) 5,078 10 4 (f) 3,500 10 2 1.39 (a) 27,04 3 4 (b) 8,0 (c) 1,84 10 (d) 7,66 10 1.41 Ordene os fatores de converso de modo que as unidades iniciais cancelem-se e as unidades novas permaneam no lugar apropriado, ou no numerador ou no denominador. 1.43 (a) 76 mL (b) 50 nm (c) 6,88 104 s (d) 1,55 g/L (e) 6,151 103 L/s 1.45 (a) 4,32 105 s (b) 88,5 m (c) $0,499/L (d) 46,6 km/h (e) 1,420 L/s 1.47 (a) 1,2 102 L (b) 4 102 mg (c) 9,64 km/L (d) 26 mL/g 1.49 52 kg de ar 1.51 467 ft 1.53 Use o kg como unidade de comparao. 5 lb de batatas < 2,5 kg; 5 kg de acar = 5 kg; 1 gal = 4 qt 4 L 4 kg. A ordem de massa do mais leve para o mais pesado 5 lb de batatas < 1 gal de gua < 5 kg de acar. 1.55 Composio o contedo de uma substncia; estrutura o arranjo deste contedo. 1.58 8,47 g de O; a lei de composio constante 1.61 27,1 K; 411,0 F 1.64 Al tem o dimetro maior, 1,92 cm; Pb tem o menor, 1,19 cm. Note que Pb e Ag, com densidades similares, tm dimetros similares; Al, com uma densidade bem menor, tem um dimetro muito maior. 1.66 (a) 1,05 1013 g de NaOH (b) 4,94 103 km3 1.69 O ponto de congelamento de H2O = 5,50 G 1.71 (a) 3,9 108 m (b) 5 3 3 3 5,8 10 s 1.74 (a) 2,98 10 cm (b) 0,0482 m (c) 655 kg de Hg 1.76 (a) 61,5% de Au (b) Ouro de 15 quilates 1.79 Tetracloreto de carbono: 1,5940 g/cm3; hexano: 0,6603 g/cm3; ben3 3 zeno: 0,87654 g/cm ; iodeto de metileno: 3,3254 g/cm . Somente o iodeto de metileno separar os dois slidos granulares.

tomos de Ar Molculas de H2O

1.11 Propriedades fsicas: branco prateado; lustroso; ponto de fuso = 649 C; ponto de ebulio = 1.105 C; densidade a 20 C = 1,738 g/mL; processado em chapas; esticado em fios; bom condutor. Propriedades qumicas: queima-se ao ar; reage com Cl2. 1.13 (a) Qumico (b) fsico (c) fsico (d) qumico (e) qumico 1.15 Primeiro aquea o lquido a 100 C para evaporar a gua. Se houver resduo, mea as suas propriedades fsicas, como cor, densidade e ponto de fuso. Se as propriedades coincidirem com as de NaCl, a gua contida dissolveu o sal de cozinha. Se as propriedades no coincidirem, o resduo um slido diferente dissolvido. Se ho houver resduo, nenhum 1 2 slido dissolvido est presente. 1.17 (a) 1 10 (b) 1 10 (c) 15 6 6 3 9 1 10 (d) 1 10 (e) 1 10 (f) 1 10 (g) 1 10 (h) 1 103 12 2 (i) 1 10 1.19 (a) 2,55 10 g (b) 0,40 nm (c) 575 mm 1.21 (a) Tempo (b) densidade (c) comprimento (d) rea (e) temperatura (f) volume (g) temperatura 1.23 (a) 1,59 g/cm3. Tetracloreto de carbono, 1,59 g/mL, mais denso do que gua, 1,00 g/mL; tetracloreto de carbono afundar, em vez de boiar na gua. (b) 1,609 kg (c) 50,35 mL 1.25 (a) Densidade calculada = 0,86 g/mL. A substncia provavelmente o tolueno, densidade = 0,866 g/mL. (b) 40,4 mL de etilenoglicol (c) 1,11 103 g de nquel 1.27 4,6 108 m; 46 nm 1.29 (a) 17 C (b) 422,1 F (c) 506 K (d) 108 F (e) 1.644 K

Captulo 22.1 O postulado 4 da teoria atmica afirma que o nmero relativo e os tipos de tomos em um composto so constantes, no importando a origem. Portanto, 1,0 g de gua pura dever conter sempre as mesmas quantidades relativas de hidrognio e oxignio, no importando onde nem como a amostra obtida. 2.3 (a) 0,5711 g de O/1 g de N; 1,142 g de O/1 g de N; 2,284 g de O/1 g de N; 2,855 g de O/1 g de N (b) Os nmeros no item (a) obedecem lei de propores mltiplas. As propores mltiplas surgem uma vez que os tomos so entidades indivisveis que se combinam, como declarado na teoria atmica de Dalton. 2.5 (1) Os campos eltricos e magnticos desviaram os raios da mesma forma que eles desviariam partculas carregadas negativamente. (2) Uma chapa de metal exposta a raios catdicos adquiriu uma carga negativa 2.7 (a) No experimento de gota de leo de Millikan, os raios X interagem com tomos ou molculas gasosos dentro da cmara, formando ons positivos e eltrons livres. Os eltrons livres so dessa forma capazes de se recombinar com ons ou de se juntar s gotas de leo. (b) Se a chapa positiva ficasse mais baixa do que a chapa negativa, as gotas de leo revestidas com eltrons carregados negativa-

2

Qumica: a cincia central

mente seriam atrados chapa carregada positivamente e desceriam muito mais rpido. (c) Quanto mais vezes uma medio repetida, maior a chance de se detectar e compensar erros experimentais. Millikan queria demonstrar a validade de seu resultado pela sua reprodutibilidade. 2.9 (a) Uma vez que os raios g no so desviados pelo campo eltrico, eles no tm carga. (b) Se os raios a e b so desviados em direes opostas em um campo eltrico, eles devem ter cargas eltricas opos2 6 tas. 2.11 (a) 0,19 nm; 1,9 10 ou 190 pm (b) 2,6 10 tomos 23 3 de Kr (c) 2,9 10 cm 2.13 (a) prton, nutron, eltron (b) prton = +1, nutron = 0, eltron = 1 (c) O nutron o mais pesado, o eltron o menos pesado. (O nutron e o prton tm massas muito similares.) 2.15 (a) 28Si: 14 p, 14 n, 14 e (b) 60Ni: 28 p, 32 n, 28 e (c) 85Rb: 37 p, 48 n, 37 e (d) 128Xe: 54 p, 74 n, 54 e (e) 195Pt: 78 p, 117 n, 78 e (f) 238U: 92 p, 146 n, 92 e 2.17 Smbolo Prtons Nutrons Eltrons o N de massa 2.19 (a) 179Hf (b) 7252

2.39 (a)C2H6O, H

H C H O

H C H H C H O H H

(b)C2H6O, H

H C H

(c)CH4O, H

H C H O H

(d)

Cr

75

As

40

Ca

222

Rn

193

Ir

24 28 24 52

33 42 33 75

20 20 20 40 (e)

86 136 86 22228 14 Si

77 116 77 193 2.21 (a) 12 C 6

40 4 155 18 Ar (c) 2 He (d) 49 In

(b) As massas atmicas so as massas atmicas mdias, a soma da massa de cada istopo natural de um elemento vezes a sua abundncia fracionria. Cada tomo de Cl ter a massa, de um dos istopos natural, enquanto a massa atmica um valor proporcional. 2.23 63,55 u 2.25 (a) No experimento de raio catdico de Thomson e na espectrometria de massa, um feixe de partculas carregadas passa atravs dos plos de um magneto. As partculas carregadas so desviadas pelo campo magntico de acordo com sua massa e carga. (b) O rtulo no eixo x a massa atmica, e o rtulo no eixo y a intensidade de sinal. (c) Partculas no carregadas no so desviadas em um campo magntico. O efeito do campo magntico em partculas carregadas em movimento a base de sua separao por massa. 2.27 (a) massa atmica mdia = 24,31 u (b)Intensidade do sinal

2.41 (a) AlBr3 (b) C4H5 (c) C2H4O (d) P2O5 (e) C3H2Cl (f) BNH2 2.43 (a) Al3+ (b) Ca2+ (c) S2 (d) I (e) Cs+ 2.45 (a) GaF3, fluoreto de glio (III) (b) LiH, hidreto de ltio (c) AlI3, iodeto de alumnio (d) K2S, sulfeto de potssio 2.47 (a) CaBr2 (b) NH4Cl (c) Al(C2H3O2)3 (d) K2SO4 (e) Mg3(PO4)2 2.49 Molecular: (a) B2H6 (b) CH3OH (f) NOCl (g) NF3. Inico: (c) LiNO3 (d) Sc2O3 (e) CsBr (h) Ag2SO4 2.51 (a) ClO (b) Cl (c) ClO (d) ClO (e) 2 3 4 ClO 2.53 (a) Fluoreto de alumnio (b) hidrxido de ferro (II) (hidrxido ferroso) (c) nitrato de cobre (II) (nitrato cprico) (d) perclorato de brio (e) fosfato de ltio (f) sulfeto de mercrio (I) (sulfeto mercuroso) (g) acetato de clcio (h) carbonato de cromo (III) (carbonato crmico) (i) cromato de potssio (j) sulfato de amnio 2.55 (a) Cu2O (b) K2O2 (c) Al(OH)3 (d) Zn(NO3)2 (e) Hg2Br2 (f) Fe2(CO3)3 (g) NaBrO 2.57 (a) cido brmico (b) cido bromdrico (c) cido fosfrico (d) HClO (e) HIO3 (f) H2SO3 2.59 (a) Hexafluoreto de enxofre (b) pentafluoreto de iodo (c) trixido de xennio (d) N2O4 (e) HCN (f) P4S6 2.61 (a) ZnCO3, ZnO, CO2 (b) HF, SiO2, SiF4, H2O (c) SO2, H2O, H2SO3 (d) H3P (ou PH3) (e) HClO4, Cd, Cd(ClO4)2 (f) VBr3 2.63 (a) Um hidrocarboneto um composto que tem como elementos o hidrognio e o carbono apenas. (b) Todos os alcanos so hidrocarbonetos, mas compostos que no so alcanos podem tambm ser hidrocarbonetos.(c) H H C H H C H H(d) H H C H H C H H C H H C H H

(7,8)

5

(1)

(1,1)

Molecular: C4H10 Mnima: C2H5

24

25

26

Massa atmica (u)

2.65 (a) Grupos funcionais so grupos de tomos especficos que so constantes de uma molcula para a prxima. (b) OH (c)H H C H H C H H C H H C H OH

2.29 (a) Ag (metal) (b) He (no-metal) (c) P (no-metal) (d) Cd (metal) (e) Ca (metal) (f) Br (no-metal) (g) As (metalide) 2.31 (a) K, metais alcalinos (metal) (b) I, halognios (no-metal) (c) Mg, metais alcalinos terrosos (metal) (d) Ar, gases nobres (no-metais) (e) S, calcognios (no-metal) 2.33 Uma frmula mnima mostra a proporo mais simples dos diferentes tomos em uma molcula. Uma frmula molecular mostra o nmero e os tipos exatos de tomos em uma molcula. Uma frmula estrutural mostra como esses tomos so arranjados. 2.35 (a) molecular: B2H6; emprica: BH3 (b) molecular: C6H12O6; emprica: CH2O 2.37 (a) 6 (b) 6 (c) 12

2.69 A radioatividade a emisso espontnea de radiao de uma substncia. A descoberta de Becquerel mostrou que tomos podiam decair, ou degradar, implicando que eles no so indivisveis. No entanto, s depois que Rutherford e outros caracterizaram a natureza das emisses radioativas foi que a total importncia da descoberta ficou aparente. 2.72 (a) 2 pr-

Respostas a exerccios selecionados3

3

tons, 1 nutron, 2 eltrons (b) Trtio, H, mais pesado. (c) Uma preciso de 1 1027 g seria necessria para se diferenciar 3 3 H e He. 2.76 (a) 16 O, 17 O, 18 O (b) Todos os istopos so to8 8 8 mos do mesmo elemento, oxignio, com o mesmo nmero atmico, 8 prtons no ncleo e 8 eltrons. Espera-se que seu arranjo de eltrons seja o mesmo e suas propriedades qumicas bastante similares. Cada um tem nmero de nutrons, nmero de massa e massa atmica diferentes. 2.78 (a) O istopo 68,926 u tem 31 prtons, 38 nutrons e o smbolo 69 Ga. O istopo 70,926 u tem 31 prtons, 40 nutrons e o 31 smbolo 71 Ga. (b) 69Ga = 60,3%, 71Ga = 39,7% 2.81 (a) 5 algaris31 mos significativos (b) 0,05444% 2.84 (a) 266 Sg tem 106 pr106 tons, 160 nutrons e 106 eltrons (b) Sg est no grupo 6B (ou 6) e imediatamente abaixo do tungstnio, W. Espera-se que as propriedades qumicas de Sg se paream mais com as de W. 2.87 (a) xido de nquel (II), 2+ (b) xido de mangans (IV), 4+ (c) xido de cromo (III), 3+ (d) xido de molibdnio (VI), 6+ 2.90 (a) cloreto de sdio (b) bicarbonato de sdio (ou hidrogeno carbonato de sdio) (c) hipoclorito de sdio (d) hidrxido de sdio (e) carbonato de amnio (f) sulfato de clcio 2.94 (a) CH (b) No. O benzeno no um alcano porque alcanos so hidrocarbonetos com todas as ligaes simples. (c) A frmula molecular C6H6O ou C6H5OH. A frmula estrutural

H H H H OH H

Captulo 33.1 (a) Conservao de massa (b) Os ndices inferiores em frmulas qumicas no devem ser mudados ao se balancear equaes porque a alterao dos ndices inferiores muda a identidade do composto (lei da composio constante). (c) (g), (l), (s), (aq) 3.3 A equao (a) mais apropriada ao diagrama. 3.5 (a) 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) (b) P2O5(s) + 3H2O(l) 2H3PO4(aq) (c) CH4(g) + 4Cl2(g) CCl4(l) + 4HCl(g) (d) Al4C3(s) + 12H2O(l) 4Al(OH)3(s) + 3CH4(g) (e) C4H10O(l) + 6O2(g) 4CO2(g) + 5H2O(l) (f) 2Fe(OH)3(s) + 3H2SO4(aq) Fe2(SO4)3(aq) + 6H2O(l) (g) Mg3N2(s) + 4H2SO4(aq) 3MgSO4(aq) + (NH4)2SO4(aq) 3.7 (a) CaC2(s) + 2H2O(l) Ca(OH)2(aq) + C2H2(g) D (b) 2KClO3(s) 2KCl(s) + 3O2(g) (c) Zn(s) + H2SO4(aq) ZnSO4(aq) + H2(g) (d) PCl3(l) + 3H2O(l) H3PO3(aq) + 3HCl(aq) (e) 3H2S(g) + 2Fe(OH)3(s) Fe2S3(s) + 6H2O(g) 3.9 (a) Determine a frmula balanceando as cargas positiva e negativa no produto inico. Todos os compostos inicos so slidos. 2Na(s) + Br2(l) 2NaBr(s) (b) O segundo reagente O2(g). Os produtos so CO2(g) e H2O(l). 2C6H6(l) + 15O2(g) 12CO2(g) + 6H2O(l) 3.11 (a) Mg(s) + Cl2(g) MgCl2(s) (b) SrCO3(s) SrO(s) + CO2(g) (c) C7H16(l) + 1O2(g) 7CO2(g) + 8H2O(l) (d) 2C5H12O(l) + 15O2(g) 10CO2(g) + 12H2O(l) 3.13 (a) 2Al(s) + 3Cl2(g) 2AlCl3(s) combinao (b) C2H4(g) + 3O2(g) 2CO2(g) + 2H2O(l) combusto (c) 6Li(s) + N2(g) 2Li3N(s) combinao

= = = = = = = = = = = =

(d) PbCO3(s) PbO(s) + CO2(g) decomposio (e) C7H8O2(l) + 8O2(g) 7CO2(g) + 4H2O(l) combusto 3.15 (a) 34,1 u (b) 118,7 u (c) 142,3 u (d) 150,1 u (e) 212,3 u (f) 159,6 u (g) 222,5 u 3.17 (a) 49,9% (b) 45,0% (c) 43,2% (d) 67,6% (e) 60,0% 3.19 (a) 79,2% (b) 63,2% (c) 64,6% 3.21 (a) 6,022 1023 (b) A massa molecular de uma substncia em u tem o mesmo valor numrico que a massa molar expressa em gramas. 3.23 23 g de Na contm 1 mol de tomos; 0,5 mol de H2O contm 1,5 mol de tomos; 6,0 1023 molculas de N2 contm 2 mols tomos. 3.25 4,4 1024 kg. Um mol de bolas de lanamento de peso olmpico tem massa 0,73 vezes maior do que a da Terra. 3.27 (a) 72,8 g de CaH2 (b) 0,0219 mol de Mg(NO3)2 (c) 1,48 1023 24 molculas de CH3OH (d) 3,52 10 tomos de H 3.29 (a) 3 0,856 g de Al2(SO4)3 (b) 1,69 10 mol de Cl (c) 0,248 g de C8H10N4O2 (d) 387 g de colesterol/mol 3.31 (a) massa molar = 162,3 g (b) 3,08 105 mol de alicina (c) 1,86 1019 molculas de alicina (d) 3,71 1019 tomos de S 3.33 (a) 1,15 1021 tomos de H (b) 9,62 1019 molculas de C6H12O6 (c) 1,60 104 mol de 8 C6H12O6 (d) 0,0287 g de C6H12O6 3.35 3,28 10 mol de C2H3Cl/L; 1,97 1016 molculas/L 3.37 (a) NO2 (b) No h como saber se as frmulas mnima e molecular so as mesmas. NO2 representa a proporo mais simples de tomos em uma molcula, mas no a nica frmula molecular possvel. 3.39 (a) C2H6O (b) Fe2O3 (c) CH2O 3.41 (a) CSCl2 (b) C3OF6 (c) Na3AlF6 3.43 (a) C6H12 (b) NH2Cl 3.45 (a) frmula mnima, C4H5N2O; frmula molecular, C8H10N4O2 (b) frmulas mnima e molecular, NaC5H8O4N 3.47 (a) C7H8 (b) As frmulas mnima e molecular so C10H20O. 3.49 x = 10; Na2CO3 10 H2O 3.51 Se a equao no for balanceada, as propores de mols derivados dos coeficientes ficaro incorretas e levaro a quantidades calculadas erradas de produtos. 3.53 4,0 mols de CH4 podem produzir 4,0 mols de CO e 12,0 mols de H2. 3.55 (a) 2,4 mols de HF (b) 5,25 g de NaF (c) 0,610 g de Na2SiO3 3.57 (a) Al2S3(s) + 6H2O(l) 2Al(OH)3(s) + 3H2S(g) (b) 10,9 g de Al(OH)3 3.59 (a) 3,75 mols de N2 (b) 9,28 g de NaN3 (c) 548 g de NaN3 3.61 (a) 5,50 103 mols de Al (b) 1,47 g de AlBr3 3.63 (a) O reagente limitante determina o nmero mximo de mols de produto resultante de uma reao qumica; qualquer outro reagente um reagente em excesso. (b) O reagente limitante regula a quantidade de produtos porque ele completamente usado durante a reao; nenhum outro produto pode ser feito quando um dos reagentes no est disponvel.

=

=

=

3.65

N2 =

, NH3 =

= = = = = = = = =

2NH3. Oito tomos de N (4 molculas de N2) N2 + 3H2 requerem 24 tomos de H (12 molculas de H2) para reao completa. Apenas 9 molculas de H2 esto disponveis, tornando H2 o reagente limitante. Nove molculas de H2 (18 tomos de H) determinam que 6 molculas de NH3 so produzidas. Uma molcula de N2 est em excesso. 3.67 (a) 2.125 bicicletas (b) sobram 630 estruturas, sobram 130 guides (c) as rodas 3.69 NaOH o reagente limitante; 0,850 mol de Na2CO3 pode ser produzido; 0,15 mol de CO2 permanece. 3.71 (a)

=

4

Qumica: a cincia central

NaHCO3 o reagente limitante. (b) 0,524 g de CO2 (c) 0,238 g de cido ctrico permanecem. 3.73 0,00 g de AgNO3 (reagente limitante), 4,32 g de Na2CO3, 5,68 g de Ag2CO3, 3,50 g de NaNO3 3.75 (a) O rendimento terico 60,3 g de C6H5Br. (b) 94,0% de rendimento 3.77 6,73 g de Li3N de rendimento real 3.79 (a) C4H8O2(l) + 5O2(g) 4CO2(g) + 4H2O(l) (b) Cu(OH)2(s) CuO(s) + H2O(g) (c) Zn(s) + Cl2(g) ZnCl2(s) 3.81 (a) 0,0208 mol de C, 1,25 1022 tomos de C (b) 2,77 103 mol de C9H8O4, 21 1,67 10 molculas de C9H8O4 3.83 (a) massa = 4,6638 1019 g de Si (b) volume = 2,0 1019 cm3 (c) comprimento da borda = 5,9 107 cm (=5,9 nm) 3.85 (a) A frmula mnima C10H18O. (b) A frmula molecular C10H18O. 3.87 C6H5Cl 3.90 (a) 7,6 105 mol de NaI (b) 3,44 103 g de NaI 3.92 1,1 kg de H2O 3.95 10,2 g de KClO3, 20,0 g de KHCO3, 13,8 g de K2CO3, 56,0 g de KCl 3.98 1,57 1024 tomos de O 3.100 52 kg de CO2 3.102 (a) S(s) + O2(g) SO2(g); SO2(g) + CaO(s) CaSO3(s) (b) 1,7 105 kg de CaSO3/dia

= =

=

=

=

Captulo 44.1 A gua de torneira contm muitos eletrlitos dissolvidos para completar um circuito entre um aparelho eltrico e nosso corpo, produzindo um choque. 4.3 Quando CH3OH se dissolve, as molculas neutras de CH3OH que esto dispersas por toda a soluo no tm carga e a soluo no condutora. Quando HC2H3O2 se dissolve, algumas molculas se ionizam para formar H+(aq) e C2H3O (aq). Estes poucos ons tm algu2 ma carga e a soluo fracamente condutora. 2+ 4.5 (a) ZnCl2(aq) Zn (aq) + 2Cl (aq) + (b) HNO3(aq) H (aq) + NO3 (aq) 4.7 AX um no-eletrlito, AY um eletrlito fraco e AZ um eletrlito for te. 4.9 Molculas de HCHO2, ons H+ e ons CHO2 ; + HCHO2(aq) H (aq) + CHO 2 (aq) 4.11 (a) Solvel (b) insolvel (c) solvel (d) insolvel (e) solvel 4.13 (a) Na2CO3(aq) + 2AgNO3(aq) Ag2CO3(s) + 2NaNO3(aq) (b) No ocorre precipitado (c) FeSO4(aq) + Pb(NO3)2(aq) PbSO4(s) + Fe(NO3)2(aq) 4.15 (a) 2Na+(aq) + CO 2 (aq) + Mg2+(aq) + SO 2 (aq) 3 4 + MgCO3(s) + 2Na (aq) + SO 2 (aq) 4 Mg2+(aq) + CO32(aq) MgCO3(s) (b) Pb2+(aq) + 2NO (aq) + 2Na+(aq) + S2(aq) 3 + PbS(s) + 2Na (aq) + 2NO (aq) 3 2+ 2 Pb (aq) + S (aq) PbS(s) (c) 6NH+ (aq) + 2PO 3 (aq) + 3Ca2+(aq) + 6Cl(aq) 4 4 Ca3(PO4)2(s) + 6NH+ (aq) + 6Cl (aq) 4 2+ 3 3Ca (aq) + 2PO 4 (aq) Ca3(PO4)2(s) 4.17 A soluo deve conter Ba2+. Ela poderia conter K+ e Ba2+ juntos, mas, como estamos lidando com um sal nico, supomos que somente Ba2+ est presente. 4.19 A soluo que forma um precipitado com H2SO4(aq) Pb(NO3)2(aq); a outra Mg(NO3)2(aq). 4.21 (a) Um cido monoprtico tem um H ionizvel (cido), enquanto um cido diprtico tem dois. (b) Um cido forte completamente ionizado em soluo aquosa, ao passo que somente uma frao das molculas de cido fraco + so ionizadas. (c) Um cido um doador de H , e uma base, um + receptor de H . 4.23 (a) cido forte (b) cido fraco (c) base fraca (d) base forte 4.25 (a) cido, mistura de ons e molculas (eletrlito fraco) (b) nenhum dos anteriores, unicamente como molculas (no-eletrlito) (c) sal, unicamente como ons (eletrlito forte) (d) base, unicamente como ons (eletrlito forte) 4.27 (a) H2SO3, eletrlito fraco (b) C2H5OH, no-eletr-

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lito (c) NH3, eletrlito fraco (d) KClO3, eletrlito forte (e) Cu(NO3)2, eletrlito forte 4.29 (a) 2HBr(aq) + Ca(OH)2(aq) CaBr2(aq) + 2H2O(l) H+(aq) + OH(aq) H2O(l) (b) Cu(OH)2(s) + 2HClO4(aq) Cu(ClO4)2(aq) + 2H2O(l) 2+ Cu(OH)2(s) + 2H+(aq) 2H2O(l) + Cu (aq) (c) Al(OH)3(s) + 3HNO3(aq) Al(NO3)3(aq) + 3H2O(l) 3+ Al(OH)3(s) + 3H+(aq) 3H2O(l) + Al (aq) 4.31 (a) CdS(s) + H2SO4(aq) CdSO4(aq) + H2S(g) + 2+ CdS(s) + 2H (aq) H2S(g) + Cd (aq) (b) MgCO3(s) + 2HClO4(aq) Mg(ClO4)2(aq) + H2O(l) + CO2(g); 2+ MgCO3(s) + 2H+(aq) H2O(l) + CO2(g) + Mg (aq) 2+ 4.33 (a) FeO(s) + 2H+(aq) H2O(l) + Fe (aq) + 2+ (b) NiO(s) + 2H (aq) H2O(l) + Ni (aq) 4.35 (a) Em termos de transferncia de eltron, a oxidao a perda de eltrons por uma substncia, e a reduo o ganho de eltrons. (b) Em relao aos nmeros de oxidao, quando uma substncia oxidada, seu nmero de oxidao aumenta. Quando uma substncia reduzida, seu nmero de oxidao diminui. 4.37 Os metais oxidveis mais facilmente esto perto da base dos grupos no lado esquerdo da tabela, especialmente dos grupos 1A e 2A. Os metais oxidveis menos facilmente esto na parte mais baixa, direita dos metais de transio, em particular aqueles prximos base dos grupos 8B e 1B. 4.39 (a) +6 (b) +4 (c) +7 (d) +1 (e) 0 (f) 1 2+ 4.41 (a) Ni Ni , o Ni oxidado; Cl2 2Cl , Cl redu2+ 3+ zido (b) Fe Fe, F reduzido; Al Al , Al oxida do (c) Cl2 2Cl , Cl reduzido; 2I I2, I oxidado (d) 2 2 S SO4 , S oxidado; H2O2 H2O; O reduzido 4.43 (a) Mn(s) + H2 SO 4 (aq) MnSO4(aq) + H2(g); Mn(s) + 2H+(aq) Mn2+(aq) + H2(g) (b) 2Cr(s) + 6HBr(aq) 2CrBr3(aq) + 3H2(g) 3+ 2Cr(s) + 6H+(aq) 2Cr (aq) + 3H2(g) (c) Sn(s) + 2HCl(aq) SnCl2(aq) + H2(g) 2+ Sn(s) + 2H+(aq) Sn (aq) + H2(g) (d) 2Al(s) + 6HCHO2(aq) 2Al(CHO2)3(aq) + 3H2(g) 3+ 2Al(s) + 6HCHO2(aq) 2Al (aq) + 6CHO (aq) + 3H2(g) 2 4.45 (a) 2Al(s) + 3NiCl2(aq) 2AlCl3(aq) + 3Ni(s) (b) no ocorre reao (c) 2Cr(s) + 3NiSO4(aq) Cr2(SO4)3(aq) + 3Ni(s) (d) Mn(s) + 2HBr(aq) MnBr2(aq) + H2(g) (e) H2(g) + CuCl2(aq) Cu(s) + 2HCl(aq) 2+ 2+ 4.47 (a) i. Zn(s) + Cd (aq) Cd(s) + Zn (aq); ii. Cd(s) + 2+ Ni2+(aq) Ni(s) + Cd (aq) (b) Cd est entre Zn e Ni na srie de atividades. (c) Coloque uma lmina de ferro em CdCl2(aq). Se Cd(s) for depositado, Cd menos ativo do que Fe; se no houver reao, Cd mais ativo do que Fe. Faa o mesmo teste com Co se Cd for menos ativo que Fe ou com Cr se Cd for mais ativo do que Fe. 4.49 (a) Intensiva; a proporo da quantidade de soluto para a quantidade total de soluo a mesma, no importando quanto de soluo esteja presente. (b) O termo 0,50 mol de HCl define uma quantidade (smbolo de aproximadamente 18 g) da substncia pura HCl. O termo 0,50 mol/L de HCl uma razo; ela indica que h 0,50 mol de soluto HCl em 1,0 litro de soluo. 4.51 (a) 0,0863 mol/L de NH4Cl (b) 0,0770 mol de HNO3 (c) 83,3 mL de 1,50 mol/L de KOH 4.53 (a) 4,46 g de KBr (b) 0,145 mol/L de Ca(NO3)2 (c) 20,3 mL de 1,50 mol/L de Na3PO4 4.55 (a) 0,15 mol/L de K2CrO4 tem a concentrao mais alta de K+. (b) 30,0 mL de 0,15 mol/L de K2CrO4 tem mais ons K+. 4.57 (a) 0,14 mol/L de Na+, 0,14 mol/L de OH (b) 0,25 mol/L de Ca2+, 0,50 mol/L de Br (c) 0,25 mol/L de CH3OH (d) 0,067 mol/L de K+, 0,067

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Respostas a exerccios selecionados mol/L de ClO - , 0,13 mol/L de Na + , 0,067 mol/L de 3 SO42 4.59 (a) 1,69 mL de 14,8 mol/L de NH3 (b) 0,592 mol/L de NH3 4.61 (a) Adicione 6,42 g de C12H22O11 a um balo volumtrico de 125 mL, dissolva um pequeno volume de gua dentro e adicione gua at a marca no gargalo do balo. Agite completamente para se certificar de uma mistura total. (b) Enxge completamente, limpe e encha uma bureta de 50 mL com 1,50 mol/L de C12H22O11. Despeje 26,7 mL dessa soluo em um balo volumtrico de 400 mL, adicione gua at a marca e misture completamente. 4.63 1,398 mol/L de HC2H3O2 4.65 0,117 g de NaCl 4.67 (a) 38,0 mL de 0,115 mol/L de HClO4 (b) 769 mL de 0,128 mol/L de HCl (c) 0,408 mol/L de AgNO3 (d) 0,275 g de KOH 4.69 27 g de NaHCO3 4.71 1,22 102 mol/L de soluo de Ca(OH)2; a solubilidade de Ca(OH)2 0,0904 g em 100 mL de soluo. 4.73 (a) NiSO4(aq) + 2KOH(aq) Ni(OH)2(s) + K2SO4(aq) (b) Ni(OH)2 (c) KOH o reagente limitante. (d) 0,927 g de Ni(OH)2 (e) 0,0667 mol/L de Ni2+(aq), 0,0667 mol/L de K+(aq), 0,100 mol/L de SO 2 (aq) 4.75 91,40% de Mg(OH)2 4.77 O 4 + precipitado CdS(s). Na (aq) e NO3(aq) so ons espectadores e permanecem em soluo, junto com quaisquer ons em excesso de reagente. A equao inica lquida Cd2+(aq) + S2(aq) CdS(s). 3+ 4.80 (a) Al(OH)3(s) + 3H+(aq) Al (aq) + 3H2O(l) + 2+ (b) Mg(OH)2(s) + 2H (aq) Mg (aq) + 2H2O(l) 2+ (c) MgCO3(s) + 2H+(aq) Mg (aq) + H2O(l) + CO2(g) + (d) NaAl(CO3)(OH)2(s) + 4H (aq) + 3+ Na (aq) + Al (aq) + 3H2O(l) + CO2(g) + 2+ (e) CaCO3(s) + 2H (aq) Ca (aq) + H2O(l) + CO2(g) 2+ 2+ 4.83 (a) No ocorre reao (b) Zn(s) + Pb (aq) Zn (aq) + 2+ Pb(s) (c) no ocorre reao (d) Zn(s) + Fe2+(aq) Zn (aq) + 2+ 2+ Fe(s) (e) Zn(s) + Cu (aq) Zn (aq) + Cu(s) (f) no ocorre reao 4.86 1,70 mol/L de KBr 4.89 30 mols de Na+ 4.91 0,368 mol/L de H2O2 4.93 1,81 1019 ons de Na+ 4.96 3 5,1 10 kg de Na2CO3 4.99 0,233 mol/L de Cl 4.102 (a) +5 (b) arsenato de prata (c) 5,22% de As

5

=

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ta e o lpis levantado. (b) Fora mecnica; o trabalho realizado uma vez que a fora da mola comprimida oposta quando a mola comprimida por certa distncia. 5.17 (a) Em qualquer alterao fsica ou qumica, a energia no pode ser criada nem destruda; a energia conservada. (b) A energia interna (E) de um sistema a soma de todas as energias cintica e potencial dos componentes do sistema. (c) A energia interna aumenta quando o trabalho realizado no sistema e quando o calor transferido ao sistema. 5.19 (a) DE = 152 kJ, exotrmico (b) DE = +0,75 kJ, endotrmico (c) DE = +14,0 kJ, endotrmico 5.21 (a) O sistema (iii) endotrmico. (b) DE < 0 para o sistema (iii). (c) DE > 0 para os sistemas (i) e (ii). 5.23 (a) Como pouco ou nenhum trabalho realizado pelo sistema no caso (2), o gs absorver a maior parte da energia como calor; o gs do caso (2) ter a temperatura mais alta. (b) No caso (2) w 0 e q 100 J. No caso (1), uma quantidade significativa de energia ser usada para realizar trabalho na vizinhana (w), mas parte ser absorvida como calor (+q). (c) DE maior para o caso (2) porque todos 100 J aumentam a energia interna do sistema, em vez de uma parte da energia realizar trabalho na vizinhana. 5.25 (a) Uma funo de estado a propriedade que depende apenas do estado fsico (presso temperatura etc.) do sistema, e no do caminho usado para chegar ao estado atual. (b) Energia interna uma funo de estado; trabalho no uma funo de estado. (c) Temperatura uma funo de estado; no importando quo quente ou fria a amostra estava, a temperatura depende unicamente de sua condio presente. 5.27 (a) Para os muitos processos que ocorrem presso atmosfrica constante, a variao de entalpia uma medida significativa da variao de energia associada ao processo. (b) Somente sob condies de presso constante o DH para o processo igual ao calor transferido durante o processo. (c) O processo exotrmico. 5.29 (a) HC2H3O2(l) + 2O2(g) 2H2O(l) + 2CO2(g), DH = 871,7 kJ

=

Captulo 55.1 Um objeto pode possuir energia em virtude de seu movimento ou posio. A energia cintica depende da massa do objeto e de sua velocidade. A energia potencial depende da posio do objeto em relao ao corpo com o qual ele interage. 5.3 (a) 84 J (b) 20 cal (c) Quando a bola atinge a areia, sua velocidade (e conseqentemente sua energia cintica) cai para zero. Grande parte da energia cintica transferida para a areia, que se deforma quando a bola aterrissa. Parte da energia liberada como calor pela frico entre a bola e a areia. 5.5 1 Btu = 1.054 J 5.7 2,1 103 kcal 5.9 Quando a bala levanta contra a fora da gravidade, a energia cintica fornecida pelo revlver de ar transformada em energia potencial. Quando toda a energia cintica for transformada em energia potencial (ou perda como calor por frico), a bala pra de subir e cai Terra. Em princpio, se energia cintica suficiente pudesse ser fornecida para a bala, ela poderia escapar da fora de gravidade e mover-se para o espao. Para um revlver de ar e uma bala, isto praticamente impossvel. 5.11 (a) O sistema a parte bem definida do universo cujas alteraes de energia esto sendo estudadas. (b) Um sistema fechado pode trocar calor, mas no massa, com sua vizinhana. 5.13 (a) Trabalho uma fora aplicada sobre uma distncia. (b) A quantidade de trabalho executado a ordem de grandeza da fora vezes a distncia sobre a qual ela aplicada. w = f d. 5.15 (a) Gravidade; o trabalho realizado uma vez que a fora da gravidade opos-

(b) HC2H3O2(l) H

2O2(g)

871,7 kJ

2H2O(l)

2CO2(g)

5.31 O reagente, 2Cl(g), tem a entalpia mais alta. 5.33 (a) Exotrmica (b) 59 kJ de calor transferido (c) 6,43 g de MgO produzidos (d) +112 kJ de calor absorvido 5.35 (a) 35,4 kJ (b) 0,759 kJ (c) +12,3 J 5.37 A presso constante, DE = DH PDV. Os valores tanto de P quanto de DV ou T e de Dn precisam ser conhecidos para calcular DE a partir de DH. 5.39 DE = 125 kJ, DH = 89 kJ 5.41 (a) DH = +726,5 kJ (b) DH = 1.453 kJ (c) A reao exotrmica direta mais provvel de ser termodinamicamente favorecida. (d) A vaporizao endotrmica. Se o produto fosse H2O(g), a reao seria mais endotrmica e teria DH menos negativo. 5.43 (a) J/C ou J/K 1 1 1 1 1 1 5.45 (a) 4,184 J g K (b) 774 J/C (c) (b) J g C ou J g K 4 904 kJ 5.47 3,47 10 J 5.49 DH = 45,7 kJ/mol de NaOH 5.51 DEr = 25,5 kJ/g de C6H4O2 ou 2,75 103 kJ/mol de C6H4O2 5.53 (a) A capacidade de calor do calormetro completo = 14,4 J g1 K1 (b) 5,40 C 5.55 Se uma reao pode ser descrita como uma srie de etapas, o DH para a reao a soma das variaes de entalpia para cada etapa. Desde que possamos des-

6

Qumica: a cincia central

crever um caminho onde o DH para cada etapa seja conhecido, o DH para qualquer processo pode ser calculado. 5.57 (a) DH = +90 kJ(b) H B H 30 kJ A C 60 kJ H 90 kJ

mo nos dois casos, mas a distribuio de energia transferida como o trabalho ou o calor diferente nos dois cenrios. 5.96 1,8 104 ou 18.000 tijolos 5.100 (a, b) CH4(g) + O2(g) C(s) + 2H2O(l), CO(g) + 2H2O(l), DH = 496,9 kJ; CH4(g) + 3 O2(g) 2 DH = 890,4 kJ (c) Supondo que O2(g) esteja presente em excesso, a reao que produz CO2(g) tem o DH mais negativo por mol de CH4 queimado e, portanto, os produtos mais termodinamicamente estveis. 5.103 1,3-butadieno: (a) DH= 2.543,4 kJ/mol de C4H6 (b) 47 kJ/g (c) 11,18% de H; 1-buteno: (a) DH = 2.718,5 kJ/mol de C4H8 (b) 48 kJ/g (c) 14,37% de H; n-butano: (a) DH = 2.878,5 kJ/mol de C4H10 (b) 50 kJ/g (c) 17,34% de H (d) Conforme a porcentagem em massa de H aumenta, o calor de combusto (kJ/g) do hidrocarboneto tambm aumenta, dado o mesmo nmero de tomos de C. Um grfico dos dados sugere que a porcentagem em massa de H e o calor de combusto so diretamente proporcionais quando o nmero de tomos de C for constante. 5.107 (a) 1,479 1018 J/molcula (b) 1 1015 J/fton. O raio X tem aproximadamente 1.000 vezes mais energia do que o que produzido pela combusto de 1 molcula de CH4(g). 5.111 (a) 3,18 g de Cu (b) Cu(OH)2 (c) CuSO4(aq) + 2KOH(aq) Cu(OH)2(s) + K2SO4(aq), 2+ Cu(OH)2(s) (d) DH = 52 kJ Cu (aq) + 2OH (aq)

= DH = 607,4 kJ; CH (g) + 2O (g) = CO (g) + 2H O(l),4 2 2 2

=

O processo de A formando C pode ser descrito como A formando B e B formando C. 5.59 DH = 1.300,0 kJ 5.61 DH = 3 2,49 10 kJ 5.63 (a) As condies padro para variaes de entalpia so P = 1 atm e alguma temperatura comum, normalmente 298 K. (b) Entalpia de formao a variao de entalpia que ocorre quando um composto formado a partir de seus elementos componentes. (c) Entalpia de formao padro DH f a variao de entalpia que acompanha a formao de um mol de uma substncia dos elementos em seus estados padro. 5.65 Sim, ainda seria possvel ter tabelas de entalpias padro de formao como a Tabela 5.3. Entalpias de formao padro so a diferena de entalpia lquida entre um composto e seus elementos componentes em seus estados padro. No importando o valor da entalpia de formao dos elementos, a ordem de grandeza da diferena nas entalpias deve ser a mesma (supondo que a mesma reao seja estequiomtrica).

=

=

= SO (g), DH = 296,9 kJ (c) Rb(s) + Cl (g) + O (g) = RbClO (s), DH = 392,4 kJ (d) N (g) + 2H (g) + O (g) = NH NO (s),(b) 1 S8(s) + O2(g) 81 22 2

5.67 (a) 1 N2(g) + 3 H2(g) 2 2

= NH (g), DH = 46,19 kJ3

Captulo 66.1 (a) Metros (b) 1/segundos (c) metros/segundo 6.3 (a) Verdadeira (b) Falsa. A freqncia da radiao diminui com o aumento do comprimento de onda. (c) Falsa. A luz ultravioleta tem comprimentos de onda menores do que a luz visvel. (d) Falsa. A radiao eletromagntica e as ondas sonoras movem-se com diferentes velocidades. 6.5 Comprimento de onda de raios X < ultravioleta < luz verde < luz vermelha < infravermelho < ondas de rdio 6.7 (a) 6,63 1020 s1 (b) 1,18 108 m (c) nenhuma das duas visvel (d) 2,25 106m 6.9 6,88 1014 s1; azul 6.11 (a) Quantizao significa que a energia s pode ser absorvida ou emitida em quantidades especficas ou em mltiplos dessas quantidades. Essa quantidade mnima de energia igual a uma constante vezes a freqncia da radiao absorvida ou emitida; E = hn. (b) Em atividades cotidianas, objetos macroscpicos como nossos corpos ganham e perdem quantidades totais de energia bem maiores do que um nico quantum hn. O ganho ou a perda do relativamente minsculo quantum de energia no so notados. 6.13 (a) 2,45 1019 J (b) 1,80 1020 J (c) 25,3 nm; ultravioleta 6.15 (a) l = 3,3 mm, E = 6,0 1020 J; l = 0,154 mm, E = 1,29 1015 J (b) O fton de 3,3 mm est na regio do infravermelho e o fton de 0,154 nm est na regio dos raios X; o fton do raio X tem a maior energia. 6.17 (a) 6,11 1019 J/fton (b) 368 kJ/mol (c) 1,64 1015 ftons 6.19 8,1 1016 ftons/s 6.21 (a) Emin = 7,22 1019 J (b) l = 275 nm (c) E120 = 1,66 1018 J. A energia em excesso do fton de 120 nm convertida na energia cintica do eltron emitido. Ec = 9,3 1019 J/eltron. 6.23 Quando aplicada a tomos, a idia de energias quantizadas significa que apenas certos valores de DE so permitidos. Estes so representados pelas linhas no espectro de emisso de tomos excitados. 6.25 (a) Emitida (b) absorvida (c) emitida 6.27 E2 = 5,45 1019 J; E6 = 0,606 1019 J; DE = 4,84 1019 J; l = 410 nm, visvel, violeta 6.29 (a) Apenas linhas com nf = 2 representam valores de DE e comprimentos de onda que ficam na poro visvel do espectro. Linhas com nf = 1 tm comprimentos de onda menores e linhas com nf > 2 tm

f

f

3 2

2

3

f

DH = 365,6 kJ f

2

2

5.69 DH r = 847,6 kJ (d) DH r = 68,3 kJ

3 2

2

4

3

5.71 (a) DH r = 196,6 kJ (b) DH r = 37,1 kJ (c) DH r = 556,7 kJ5.73 DH = 248 kJ f25 2

5.75 DH = 924,8 kJ f

8CO2(g) + 9H2O(g), 5.77 (a) C8H18(l) + O2(g) C8H18(l) DH = 5.069 kJ (b) 8C(s, gr) + 9H2(g) (c) DH = 255 kJ f 5.79 (a) O calor de combusto a quantidade de calor produzido quando um grama de uma substncia (combustvel) entra em combusto. (b) Glicose, C6H12O6, o acar do sangue. Sua importncia deve-se ao fato de a glicose ser o combustvel que carregado pelo sangue para as clulas e entrar em combusto para produzir energia no corpo. (c) 5 g de gordura 5.81 104 ou 1 102 Cal/poro 5.83 59,7 Cal 5.85 (a) DHcomb = 1.850 kJ/mol de C3H4, 1.926 kJ/mol de C3H6, 4 2044 kJ/mol de C3H8 (b) DHcomb = 4,61 10 kJ/kg de C3H4, 4 4 4,58 10 kJ/kg de C3H6, 4,635 10 kJ/kg de C3H8 (c) Essas trs substncias produzem aproximadamente quantidades idnticas de calor por unidade de massa, mas o propano marginalmente mais alto do que as outras duas. 5.87 (a) 469,4 m/s (b) 5,124 1021 J (c) 3,086 kJ/mol 5.90 A reao espontnea do airbag provavelmente exotrmica, com DH e, portanto, q. Quando o airbag infla, trabalho realizado pelo sistema, portanto, o sinal de w tambm negativo. 5.93 (a) q = 0, w > 0, DE > 0 (b) O sinal de q negativo. As mudanas em estado descritas em ambos os casos so idnticas. DE o mes-

=

=

Respostas a exerccios selecionados

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comprimentos de onda maiores do que a radiao visvel. (b) ni = 3, nf = 2; l = 6,56 107 m; essa a linha vermelha a 656 nm; ni = 4, nf = 2; l = 4,86 107 m; esta a linha azul a 486 nm; ni = 5, nf = 2; l = 4,34 107 m; esta a linha violeta a 434 nm. 6.31 (a) 37 Regio ultravioleta (b) ni = 6, nf = 1 6.33 (a) l = 5,6 10 m; 34 13 (b) l = 2,65 10 m (c) l = 2,3 10 m 6.35 4,14 103 27 10 m/s 6.37 (a) Dx 4 10 m (b) Dx = 3 10 m 6.39 O modelo de Bohr afirma com 100% de certeza que o eltron no hidrognio pode ser encontrado a 0,53 do ncleo. O modelo da mecnica quntica um modelo estatstico que afirma a probabilidade de se encontrar o eltron em certas regies em volta do ncleo. Enquanto 0,53 o raio com a maior probabilidade, essa probabilidade sempre menor do que 100%. 6.41 (a) n = 4, l = 3, 2, 1, 0 (b) l = 2, ml = 2, 1, 0, 1, 2 6.43 (a) 3p: n = 3, l = 1 (b) 2s: n = 2, l = 0 (c) 4f: n = 4, l = 3 (d) 5d: n = 5, l = 2 6.45 (a) impossvel, 1p (b) possvel (c) possvel (d) impossvel, 2d 6.47(a) z (b) z (c) x

y x s x pz

y z

y dxy

6.49 (a) Os orbitais 1s e 2s do tomo de hidrognio tm a mesma forma esfrica total, mas o orbital 2s tem uma extenso radial maior e um n a mais do que o orbital 1s. (b) Um nico orbital 2p direcional em que sua densidade de eltron concentrada ao longo de um dos trs eixos cartesianos do tomo. O orbital dx 2 - 2 tem densidade de eltron ao longo dos eixos x y e y, enquanto o orbital px tem densidade somente ao longo do eixo x. (c) A distncia mdia de um eltron ao ncleo em um orbital 3s maior do que para um eltron em um orbital 2s. (d) 1s < 2p < 3d < 4f < 6s 6.51 (a) No tomo de hidrognio, orbitais com o mesmo nmero quntico principal, n, tm a mesma energia. (b) Em um tomo com muitos eltrons (tomo polieletrnico), para um dado valor de n, a energia do orbital aumenta com o aumento do valor de l: s < p < d < f 6.53 (a) + 1 , 1 2 2 (b) um m com forte campo magntico no homogneo (c) eles devem ter valores de ms diferentes; o princpio de excluso de Pauli 6.55 (a) 10 (b) 2 (c) 6 (d) 14 6.57 (a) Cada quadrcula representa um orbital. (b) O spin do eltron representado pelo sentido das semiflechas. (c) No. Em Be, no h eltrons nos subnveis que tm orbitais degenerados, de forma que a regra de Hund no usada. 6.59 (a) Cs, [Xe]6s1 (b) Ni, [Ar]4s23d8 (c) Se, [Ar]4s23d104p4 (d) Cd, [Kr]5s24d10 (e) Ac, [Rn] 7s26d1 (f) Pb, [Xe]6s24f 145d106p2 6.61(a) S 3s (b) Sr 5s (c) Fe 4s (d) Zr 5s (e) Sb 5s (f) U 7s 5f 6d 4d 5p 4d 3d 3p

(a) 2 eltrons desemparelhados (b) 0 eltrons desemparelhados (c) 4 eltrons desemparelhados (d) 2 eltrons desemparelhados (e) 3 eltrons desemparelhados (f) 4 eltrons desemparelhados 6.63 (a) Mg (b) Al (c) Cr (d) Te 6.65 (a) O quinto eltron preencheria o subnvel 2p antes do 3s. (b) O cerne [He], ou a configurao eletrnica mais externa deveria ser 3s23p3. (c) O subnvel 3p seria preenchido antes do 3d. 6.67 lA = 3,6 108 m, lB = 8,0 108 m (b) nA = 8,4 1015 s1, nB = 3,7 1015 s1 (c) A, ultravioleta; B, ultravioleta 6.69 46,7 18 6 12 min 6.71 1,6 10 ftons 6.73 3,6 10 ftons/s, 1,3 10 J/ s 6.75 (a) A radiao do sol um espectro contnuo. Quando tomos gasosos na atmosfera solar so expostos a essa radiao, os eltrons nesses tomos mudam de seu estado fundamental para um de vrios estados excitados permitidos. Assim, as linhas escuras so os comprimentos de onda que correspondem s mudanas de energia permitidas em tomos da atmosfera solar. O background contnuo representa todos os outros comprimentos de ondas da radiao solar. (b) O cientista deve registrar o espectro de absoro do nenio puro ou outros elementos de interesse. As linhas pretas devem aparecer nos mesmos comprimentos de onda, no importando a fonte de nenio. 6.77 v = 1,02 107 m/s 6.79 (a) l (b) n e l (c) ms (d) ml 6.81 (a) 1 (b) 3 (c) 5 (d) 9 6.83 (a) O plano xy, onde z = 0 (b) Os planos yz e xz, onde x = 0 e y = 0 (c) os planos que cortam os eixos x e y e contm o eixo z, onde x2 y2 = 0 6.85 Mt, [Rn] 7s25f 146d7 6.87 1,7 1028 ftons

Captulo 77.1 Mendeleev colocou elementos com propriedades qumicas fsicas similares dentro de uma famlia ou coluna da tabela. Para os elementos no conhecidos, ele deixou espaos em branco. Ele previu propriedades para os espaos em branco com base nas propriedades de outros elementos na famlia e em cada lado. 7.3 (a) Carga nuclear efetiva, Zef, uma representao do campo eltrico mdio sofrido por um nico eltron. o ambiente de mdia criado pelo ncleo e os outros eltrons na molcula, expresso como uma carga positiva lquida no ncleo. (b) Da esquerda para a direita em um perodo, a carga nuclear efetiva aumenta. 7.5 (a) K, 1+ (b) Br, 7+ 7.7 Os eltrons n = 3 em Kr sofrem uma carga nuclear efetiva maior e conseqentemente tm maior probabilidade de estar perto do ncleo. 7.9 Os raios atmicos so determinados pelas distncias entre tomos em situaes variadas. Os raios de ligao so calculados pela separao internuclear de dois tomos unidos por uma ligao qumica. Os raios de Van der Waals so calculados pela separao internuclear entre dois tomos gasosos que colidem e se movimentam separadamente mas no se ligam. 7.11 1,44 7.13 A partir da soma dos raios atmicos, As I = 2,54 . Isso bem prximo ao valor experimental de 2,55 . 7.15 (a) Diminui (b) aumenta (c) F < S < P < As 7.17 (a) Be < Mg < Ca (b) Br < Ge < Ga (c) Si < Al < Tl 7.19 (a) As repulses eletrostticas so reduzidas pela remoo de um eltron de um tomo neutro, a carga nuclear efetiva aumenta e o ction menor. (b) A repulso eletrosttica adicional produzida pela adio de um eltron a um tomo neutro diminui a carga nuclear efetiva sofrida pelos eltrons de valncia e aumenta o tamanho do nion. (c) Descendo na coluna, os eltrons de valncia esto mais distantes do ncleo e sofrem maior blindagem dos eltrons internos. A maior extenso radial dos eltrons de valncia excede o aumento em Z. 7.21 A esfera azul um metal; seu tamanho diminui em reao, caracterstica da mudana em raio quando um tomo de metal forma um ction. A esfera vermelha um no-metal;

8

Qumica: a cincia central

seu tamanho aumenta em reao, caracterstica da mudana em raio quando um tomo de no-metal forma um nion. 7.23 (a) Uma srie isoeletrnica um grupo de tomos ou ons que tm o mesmo nmero de eltrons. (b) (i) Cl: Ar (ii) Se2 : Kr (iii) 2+ Mg : Ne 7.25 (a) Como o nmero de eltrons em uma srie isoeletrnica o mesmo, os efeitos de repulso e de blindagem so normalmente similares para as diferentes partculas. medida que Z aumenta, os eltrons de valncia so mais fortemente atrados pelo ncleo e o tamanho da partcula di+ 2 2 minui. (b) Um eltron 2p em Na 7.27 (a) Se < Se < Te 3+ 3+ 2+ (b) Co < Fe < Fe 4+ 3+ 2+ + (c) Ti < Sc < Ca (d) Be < Na < Ne + + 2+ 7.29 Te(g) Te (g) + e ; Te (g) Te (g) + e ; 3+ Te2+(g) Te (g) + e 7.31 (a) De acordo com a lei de Coulomb, a energia de um eltron em um tomo negativa. Para aumentar a energia do eltron e remov-lo do tomo, a energia deve ser adicionada ao tomo. A energia de ionizao, DE para este processo, positiva. (b) F tem uma primeira energia de ionizao maior que O porque F tem Zef maior e os eltrons mais externos em ambos os elementos esto aproximadamente mesma distncia do ncleo. (c) A segunda energia de ionizao de um elemento maior do que a primeira porque mais energia necessria para superar Zef maior do ction 1+ do que a do tomo neutro. 7.33 (a) Quanto menor o tomo, maior sua primeira energia de ionizao (dos elementos no radioativos). (b) He tem a maior e Cs tem a menor primeira energia de ionizao. 7.35 (a) Ne (b) Mg (c) Cr (d) Br (e) Ge 7.37 (a) Sb3+, [Kr]5s24d10 (b) Ga+, [Ar]4s23d10 (c) P3, [Ne]3s23p6 ou 3+ 3 2+ 10 + 10 [Ar] (d) Cr , [Ar]3d (e) Zn , [Ar]3d (f) Ag , [Kr]4d 2+ 7 + 7.39 (a) Co , [Ar]3d , 3 eltrons desemparelhados (b) In , 2 10 [Kr]5s 4d , 0 eltron desemparelhado 7.41 Energia de ioni+ 2 10 4 zao: Se(g) Se (g) + e; [Ar]4s 3d 4p 2 10 3 [Ar]4s 3d 4p ; afinidades eletrnicas: Se(g) + e Se(g); 2 10 4 2 10 5 [Ar] 4s 3d 4p [Ar] 4s 3d 4p 7.43 Li + 1e Li; 2 2 [He] 2s1 [He]2s ; Be + 1e Be ; [He]2s 2 1 [He]2s 2p . A adio de um eltron a Li completa o subnvel 2s. O eltron adicionado sofre praticamente a mesma carga nuclear efetiva que o outro eltron de valncia; h uma estabilizao total e DE negativo. Um eltron extra em Be ocuparia o subnvel 2p de maior energia. Esse eltron blindado de toda a carga nuclear pelos eltrons 2s e no sofre uma estabilizao em energia; DE positivo. 7.45 Quanto menor a primeira energia de ionizao de um elemento, maior o carter metlico daquele elemento. 7.47 (a) Li (b) Na (c) Sn (d) Al 7.49 Inico: MgO, Li2O, Y2O3; molecular: SO2, P2O5, N2O, XeO3. Compostos inicos so formados pela combinao de um metal e um no-metal; compostos moleculares so formados por dois ou mais nometais. 7.51 (a) Um xido cido dissolvido em gua produz uma soluo cida; um xido bsico dissolvido em gua produz uma soluo bsica. (b) xidos de no-metais, como SO3, so cidos; xidos de metais, como CaO, so bsicos. 7.53 (a) BaO(s) + H2O(l) Ba(OH)2(aq) (b) FeO(s) + 2HClO4(aq) Fe(ClO4)2(aq) + H2O(l) (c) SO3(g) + H2O(l) H2SO4(aq) (d) CO2(g) + 2NaOH(aq) Na2CO3(aq) + H2O(l) 7.55 (a) Na, [Ne]3s1; Mg, [Ne]3s2 (b) Ao formarem ons, ambos adotam a configurao estvel de Ne; Na perde um eltron e Mg perde dois eltrons para conseguir essa configurao. (c) A carga nuclear efetiva de Mg maior, portanto sua energia de ionizao maior. (d) Mg menos reativo porque tem uma energia de ionizao mais alta. (e) O raio atmico de Mg me-

= =

=

= = =

=

= = = =

= = = =

nor porque a carga nuclear efetiva maior. 7.57 (a) Ca mais reativo porque tem uma energia de ionizao mais baixa do que Mg. (b) K mais reativo porque tem uma energia de ionizao mais baixa do que Ca. 7.59 (a) 2K(s) + Cl2(g) 2KCl(s) (b) SrO(s) + H2O(l) Sr(OH)2(aq) (c) 4Li(s) + O2(g) 2Li2O(s) 1 1 (d) 2Na(s) + S(l) Na2S(s) 7.61 H, 1s ; Li, [He] 2s ; F, 2 5 [He]2s 2p . Como Li, H tem apenas um eltron de valncia, e seu nmero de oxidao mais comum +1. Como F, H necessita apenas de um eltron para adotar a configurao eletrnica estvel do gs nobre mais prximo; tanto H como F podem 2 5 existir no estado de oxidao 1. 7.63 (a) F, [He] 2s 2p ; Cl, 2 5 [Ne]3s 3p (b) F e Cl esto no mesmo grupo, e ambos adotam uma carga inica de 1. (c) Os eltrons de valncia 2p em F esto mais prximos do ncleo e mais fortemente seguros do que os eltrons 3p de Cl, portanto a energia de ionizao de F maior. (a) A alta energia de ionizao de F acoplada a uma afinidade eletrnica exotrmica relativamente grande o faz mais reativo do que Cl em relao a H2O. (e) Enquanto F tem aproximadamente a mesma carga nuclear efetiva que Cl, seu pequeno raio atmico d origem a grandes repulses quando um eltron extra adicionado, portanto a afinidade eletrnica de F como um todo menos exotrmica do que a de Cl (f) Os eltrons de valncia 2p em F esto mais prximos do ncleo, tornando o raio atmico menor do que o de Cl. 7.65 Sob condies ambiente, os elementos do grupo 8A so todos gases extremamente no reativos, de forma que o nome gases inertes pareceu apropriado. inapropriado uma vez que foi descoberto que tanto Xe quanto Kr reagem com substncias que tm forte tendncia a remover eltrons, como F2. 7.67 (a) 2O3(g) 3O2(g) (b) Xe(g) + F2(g) XeF2(g); Xe(g) + 2F2(g) XeF4(s); Xe(g) + 3F2(g) XeF6(s); (c) S(s) + H2(g) H2S(g) (d) 2F2(g) + 2H2O(l) 4HF(aq) + O2(g) 7.69 (a) Te tem mais carter metlico e melhor condutor eltrico. (a) temperatura ambiente, as molculas de oxignio so diatmicas e existem na fase de gs. As molculas de enxofre so anis de 8 membros e existem no estado slido. (c) O cloro geralmente mais reativo do que o bromo porque os tomos de Cl tm maior (mais exotrmica) afinidade eletrnica do que os tomos de Br. 7.71 At Z = 83, h trs instncias onde as massas atmicas so invertidas em relao aos nmeros atmicos: Ar e K; Co e Ni; Te e I. Em cada caso o istopo mais abundante do elemento com o maior nmero atmico tem mais um prton, porm menos nutrons do que o elemento com o menor nmero atmico. O menor nmero de nutrons faz com que o elemento com o maior Z tenha massa atmica menor do que a esperada. 7.73 (a) Na (b) Si3+ (c) Quanto maior a carga nuclear efetiva sofrida por um eltron de valncia, maior a energia de ionizao para aquele eltron. De acordo com a Tabela 7.2, I1 para Na 496 kJ/mol. I4 para Si 4.360 kJ/mol. 7.76 (a) A distncia Mo F = 2,16 (b) A distncia S F = 1,73 (c) A distncia Cl F = 1,70 7.79 O subnvel completo 4f em Hf leva a uma maior mudana em Z e Zef , indo de Zr para Hf do que indo de Y para La. Este maior aumento em Zef indo de Zr para Hf leva a um aumento menor no raio atmico do que indo de Y para La. 7.82 Energia de io F(g) + 1e ; afinidade eletrnica de F: nizao de F : F (g) F(g) + 1e F (g). Os dois processos so o inverso um do outro. As energias so iguais em mdulo mas opostas em sinal. I1 (F ) = E(F).

= = = =

= = =

= = =

=

=

Respostas a exerccios selecionados

9

7.84 O, [He]2s22p42s O2 , [He]2s22p63 1

Captulo 82p 2p [Ne] 2s

O terceiro eltron seria adicionado ao orbital 3s, que est mais longe do ncleo e mais fortemente blindado pelo cerne [Ne]. A atrao total desse eltron 3s pelo ncleo do oxignio no grande o bastante 3 para que O seja uma partcula estvel. 7.86 (a) Os metais do grupo 2B tm subnveis (n 1)d completos. Um eltron adicional ocuparia um subnvel np e seria substancialmente blindado tanto por eltrons ns como (n 1)d. Esse no um estado de energia mais baixo do que o tomo neutro e um eltron livre. (b) Os elementos do grupo 1B tm a configu1 10 rao eletrnica genrica ns (n 1)d . Um eltron adicional completaria o subnvel ns e sofreria repulso do outro eltron ns. Descendo no grupo, o tamanho do subnvel ns aumenta e o efeito de repulso diminui, sendo que a carga nuclear efetiva aumenta e as afinidades eletrnicas se tornam mais negativas. 7.89 O2 < Br2 < K < Mg. O2 e Br2 so no-metais apolares. O2, com massa molar bem menor, deve ter o ponto de fuso mais baixo. K e Mg so slidos metlicos com pontos de fuso mais altos do que os dois no-metais. Como os metais alcalinos terrosos so tipicamente mais duros, mais densos, de maior ponto de fuso que os metais alcalinos, Mg deve ter o ponto de fuso mais alto do grupo. Essa ordem de pontos de fuso confirmada pelos dados nas tabelas 7.4, 7.5, 7.6 e 7.7. 7.91 A energia de ionizao aumenta ao mover um quadro para a direita em uma linha horizontal da tabela, e diminui ao mov-lo para baixo em uma famlia. De forma semelhante, a massa atmica diminui ao mover um quadro para a direita e aumenta ao mov-lo para baixo. Assim, dois elementos como Li e Mg que esto relacionados diagonalmente tendem a ter energias de ionizao e tamanhos atmicos similares, o que d origem a algumas similaridades no comportamento qumico. 7.94 O cloro e o bromo esto bem mais prximos em energia de ionizao e afinidade eletrnica do carbono do que esto dos metais. O carbono tem tendncia muito maior do que um metal em manter seus eltrons e pelo menos alguma atrao pelos eltrons de outros elementos. O carbono no suscetvel em formar um simples ction, portanto os compostos de carbono e os halogneos so moleculares, em vez de inicos. 7.96 (a) Li, [He]2s1; Zef 1+ (b) I1 5,45 1019 J/tomo 328 kJ/mol (c) O valor estimado de 328 kJ/mol menor do que o valor da Tabela 7.4 de 520 kJ/mol. Nossa estimativa para Zef foi um limite mais baixo; os eltrons de cerne [He] no blindam perfeitamente os eltrons 2s da carga nuclear. (d) Com base na energia de ionizao experimental, Zef = 1,26. Este valor maior do que o calculado no item (a), o que coerente com a explicao do item (c). 7.99 (a) Mg3N2 (b) Mg3N2(s) + 3H2O(l) 3MgO(s) + 2NH3(g); a fora diretora a produo de NH3(g) (c) 17% de Mg3N2 (d) 3Mg(s) + 2NH3(g) Mg3N2(s) + 3H2(g). NH3 o reagente limitante e 0,46 g de H2 so formados. O , [Ne]3s

8.1 (a) Os eltrons de valncia so os que participam de ligaes qumicas. Isso normalmente significa os eltrons alm da configurao de gs nobre de cerne do tomo, apesar de algumas vezes serem apenas os eltrons do nvel mais externo. (b) Um tomo de nitrognio tem 5 eltrons de valncia. (c) O tomo (Si) tem 4 eltrons de valncia. 2 2 6 2 3 8.3 P, 1s 2s 2p 3s 3p . Um eltron 3s um eltron de valncia; um eltron 2s (ou 1s) no um eltron de valncia. O eltron de valncia 3s est envolvido em ligao qumica, enquanto o eltron que no de valncia 2s nem 1s no est. 8.5(a) Ca (b) P (c) Ne (d) B2

8.7

Mg

O

Mg2

O

8.9 K perde um nico eltron de valncia, enquanto Ca perde dois eltrons para conseguir um octeto completo. A remoo de um eltron do cerne de K+ ou de Ca2+ seria energeticamente desfavorvel porque os eltrons mais internos so estabilizados por uma forte atrao eletrosttica pelo ncleo. Mesmo uma grande energia de rede no suficiente para promover a remoo de um eltron mais interno. 8.11 (a) AlF3 (b) K2S (c) Y2O3 (d) Mg3N2 8.13 (a) Sr2+, [Kr], configurao de gs nobre (b) Ti2+, [Ar]3d2 (c) Se2, [Ar]4s23d104p6 = 2+ 8 [Kr], configurao de gs nobre (d) Ni , [Ar]3d (e) Br , 2 10 6 3+ [Ar]4s 3d 4p = [Kr], configurao de gs nobre (f) Mn , [Ar]3d4 8.15 (a) Energia de rede a energia necessria para separar totalmente um mol de composto inico slido em seus ons gasosos. (b) A ordem de grandeza da energia de rede depende das ordens de grandeza das cargas dos dois ons, seus raios e o arranjo de ons na rede. 8.17 KF, 808 kJ/mol; CaO, 3.414 kJ/mol; ScN, 7.547 kJ/mol. As distncias interinicas nos trs compostos so similares. Para compostos com separaes inicas similares, a energia de rede deve estar relacionada com o produto das cargas dos ons. As energias de rede mostradas anteriormente esto aproximadamente relacionadas como 1:4:9. Pequenas variaes devem-se s pequenas diferenas nas separaes inicas. 8.19 Uma vez que as cargas inicas so as mesmas nos dois compostos, as separaes KBr e CsCl devem ser aproximadamente iguais. 8.21 A grande energia atrativa entre Ca2+ e O2 contrariamente carregados mais do que com2+ 2 pensa a energia necessria para formar Ca e O a partir dos tomos neutros. 8.23 A energia de rede de RbCl(s) +692 kJ/mol. Esse valor menor do que a energia de rede para NaCl porque Rb+ tem maior raio inico do que Na+ e, portanto, no consegue aproximar-se de Cl tanto quanto Na+. 8.25 (a) Uma ligao covalente a ligao formada quando dois tomos compartilham um ou mais pares de eltrons. (b) A ligao inica em NaCl deve-se forte atrao eletrosttica entre ons de Na+ e de Cl carregados contrariamente. A ligao covalente em Cl2 deve-se ao compartilhamento de um par de eltrons por dois tomos neutros de cloro. Cl 8.27Cl Cl Cl N Cl N Cl

=

=

(e) DH r = 368,70 kJ

8.29 (a) O O (b) Uma ligao dupla necessria porque no h eltrons suficientes para satisfazer a regra do octeto

10

Qumica: a cincia centralH H H H H H H H H H H H

com ligaes simples e pares no compartilhados. (c) Quanto maior o nmero de pares de eltrons compartilhados entre dois tomos, menor a distncia entre os tomos. Uma ligao dupla O N O menor que uma ligao simples O O. 8.31 (a) Eletronegatividade a habilidade de um tomo de atrair os eltrons para si em uma molcula. (b) A faixa de eletronegatividades na escala de Pauling 0,74,0. (c) O flor o elemento mais eletronegativo. (d) O csio o elemento menos eletronegativo que no radioativo. 8.33 (a) S (b) C (c) As (d) Mg 8.35 As ligaes em (a), (b) e (d) so polares. O elemento mais eletronegativo em cada ligao polar : (a) O (b) F (d) O 8.37 (a) Uma molcula polar tem momento de dipolo mensurvel enquanto uma molcula apolar tem momento de dipolo lquido igual a zero. (b) Sim. Se X e Y tiverem eletronegatividades diferentes, a densidade eletrnica em torno do tomo mais eletronegativo ser maior, produzindo uma separao de carga ou dipolo na molcula. (c) O momento de dipolo, m, o produto do mdulo das cargas separadas, Q, e a distncia entre elas, r. m = Qr. 8.39 A carga calculada em H e em F 0,41 e. 8.41 (a) MnO2, inico (b) Ga2S3, inico (c) CoO, inico (d) sulfeto de copper (I), inico (e) trifluoreto de cloro, covalente (f) fluoreto de vandio (V), inico 8.43 (a)H H Si HO

(b) CcO (c)H

F

S

F

O conceito de ressonncia afirma que a verdadeira descrio de ligao algum hbrido ou mistura das duas estruturas de Lewis. A mistura mais bvia dessas duas estruturas de ressonncia uma molcula com seis ligaes CC equivalentes com comprimentos iguais. (b) Para que as seis ligaes CC no benzeno sejam equivalentes, cada uma deve ter algum carter de ligao dupla. Isto , mais do que um par mas menos do que dois pares de eltrons esto envolvidos em cada ligao CC. Esse modelo prev um comprimento de ligao CC uniforme que menor do que uma ligao simples, mas maior do que uma ligao dupla. 8.53 (a) A regra do octeto afirma que tomos ganharo, perdero ou compartilharo eltrons at que estejam circundados por 8 eltrons de valncia. (b) A regra do octeto se aplica aos ons individuais em um composto inico. Por exemplo, em MgCl2, Mg perde 2 e para se tornar Mg2+ com a configurao eletrnica de Ne. Cada tomo de Cl ganha um eltron para formar Cl com a configurao eletrnica de Ar. 8.55 As excees mais comuns para a regra do octeto so molculas com mais de 8 eltrons em volta de um ou mais tomos. 8.57 (a) CO32 tem trs estruturas de ressonncia, e todas obedecem regra do octeto.O C O OB H2

(d) O

S O H

O

H

(e)

O

Cl

O

O C O O

2

O C OF

2

O

(f) H

N H

O

H

(b)

H

(c)

(d)F

(e)F

F AS

F

Ge F

FF

1

O

F F

8.45 (a)

N0

O1

(b)

0

Cl

P Cl0

1

Cl

0

1

8.59 (a)2

Cl0

Be0

Cl0

; esta estrutura viola a regra do octeto.Cl0

O

(b) ClO0

Be2

Cl1

Be2

Cl2

Cl2

Be2

Cl0

(c)

1

O

Cl O1

3

O

1

(d)

1

O

Cl O1

H0

1

8.47 (a)

O

N

O

O

N

O

(b) O3 isoeletrnico com NO2 ; ambos tm 18 eltrons de valncia. (c) Como cada ligao NO tem carter parcial de ligao dupla, o comprimento da ligao NO em NO - deve 2 ser menor do que em espcies com ligaes simples formais NO. 8.49 Quanto mais pares de eltrons compartilhados por dois tomos, menor a ligao. Conseqentemente, os comprimentos da ligao CO variam na ordem CO < CO2 < CO 2- . 8.51 (a) Duas estruturas de Lewis igualmente vlidas 3 podem ser feitas para o benzeno.

(c) Como cargas formais so minimizadas na estrutura que viola a regra do octeto, essa forma provavelmente mais importante. 8.61 (a) DH = 304 kJ (b) DH = 82 kJ (c) DH = 467 kJ 8.63 (a) 288 kJ (b) 116 kJ (c) 1.299 kJ 8.65 (a) Exotrmica (b) DH calculado a partir das entalpias de ligao ( 97 kJ) levemente mais exotrmico (mais negativo) do que o obtido usando valores de DH ( 92,38 kJ). 8.67 A entalpia mdia da f ligao TiCl 430 kJ/ mol. 8.69 (a) Grupo 4A (b) grupo 2A (c) grupo 5A 8.71 E = 8,65 1019 J; em uma base molar E = 521 kJ. O valor absoluto menor do que a energia de rede, 808 kJ/ mol. A diferena representa a energia adicionada ao se colocar todos os pares de ons K+F juntos em uma rede tridimensional. 8.73 (a) 779 kJ/mol (b) 627 kJ/mol (c) 2.195 kJ/mol 8.76 (b) H 2S e (c) NO 2 contm ligaes polares.

Respostas a exerccios selecionados

11

8.79 (a) +1 (b) 1 (c) +1 (supondo que o eltron mpar esteja em N) (d) 0 (e) +3 8.81 (a) Na estrutura de Lewis mais esquerda o tomo de oxignio mais eletronegativo tem a carga formal negativa (1), portanto essa estrutura provavelmente mais importante. (b) O comprimento N ? N mais longo que o normal e o comprimento N N O mais curto do que o tpico indicam que as estruturas do meio e da direita, com cargas formais menos favorveis, contribuem com a estrutura como um todo. Esse dado fsico indica que enquanto a carga formal pode ser usada para prever qual forma de ressonncia ser mais importante para a estrutura observada, a influncia dos contribuintes menores na estrutura verdadeira no pode ser ignorada. 8.83 DH +42 kJ para a primeira reao e 200 kJ para a segunda. O ltimo muito mais favorvel porque a formao de 2 mols de ligaes OH mais exotrmica do que a formao de 1 mol de ligaes HH. 8.85 (a) DH = 7,85 kJ/g de C3H5N3O9 (b) 4C7H5N3O6(s) 6N2(g) + 7CO2(g) + 10H2O(g) + 21C(s) 8.88 (a) Ti2+, [Ar]3d2; Ca, [Ar]4s2. Os dois eltrons de valncia 2+ em Ti e em Ca esto em nveis qunticos principais diferentes e subnveis diferentes. (b) Em Ca 4s de mais baixa energia do que 3d, ao passo que em Ti2+ 3d de mais baixa energia do que 4s. (c) H apenas um orbital 4s, portanto os 2 eltrons de valncia em Ca esto emparelhados; h 5 orbitais 3d degenerados, de forma que os 2 eltrons de valncia em Ti2+ esto desemparelhados. 8.90 A segunda afinidade eletrnica de O +750 kJ 8.95 (a) DH = 1.551 kJ (b) DH = 1.394 kJ (c) DH = 1.353 kJ 8.97 (a) Br Br, D(g) = 193 kJ/mol, D(l) = 223,6 kJ/mol (b) CCl, D(g) = 328 kJ/mol, D(l) = 336,1 kJ/mol (c) OO, D(g) = 146 kJ/mol, D(l) = 192,7 kJ/mol (d) A entalpia de ligao mdia na fase lquida a soma da entalpia de vaporizao para a molcula e as entalpias de dissociao de ligao da fase gasosa, dividida pelo nmero de ligaes dissociadas. Isso maior do que a entalpia de dissociao de ligao da fase gasosa devido contribuio da entalpia de vaporizao.

=

Captulo 99.1 Sim. Os nicos ngulos de ligao possveis nesse arranjo so ngulos de 120. 9.3 (a) Um domnio de eltron uma regio em uma molcula onde h mais probabilidade de se encontrar os eltrons. (b) Como os bales na Figura 9.5, cada domnio de eltron ocupa um volume de espao finito, tambm adotando um arranjo onde as repulses so minimizadas. 9.5 (a) Trigonal plano (b) tetradrico (c) bipirmide trigonal (d) octadrico 9.7 O arranjo indicado pelo RPENV descreve o arranjo de todos os domnios de eltrons ligantes e no-ligantes. A geometria molecular descreve apenas as posies atmicas. Em NH3 h 4 domnios de eltron em torno do nitrognio, portanto o arranjo tetradrico. Como h 3 domnios ligantes e 1 no-ligante, a geometria molecular pirmide trigonal. 9.9 (a) Tetradrico, tetradrica (b) bipirmide trigonal, em forma de T (c) octadrico, pirmide quadrtica 9.11 (a) Tetradrica, pirmide trigonal (b) linear, linear (c) linear, linear (d) tetradrica, pirmide trigonal (e) bipirmide trigonal, gangorra (f) octadrica, quadrtica plana 9.13 (a) i, trigonal plano; ii, tetradrica; iii, bipirmide trigonal (b) i, 0; ii, 1, iii, 2 (c) N e P (d) Cl (ou Br ou I). Essa geometria molecular em forma de T origina-se a partir de um arranjo de bipirmide trigonal com 2 domnios no-ligantes. Supondo que cada tomo de F tem 3 domnios no-ligantes e forma somente ligaes simples com A, A deve ter 7 eltrons de valncia e estar abaixo ou no terceiro perodo da tabela peridica para produzir essas geometrias moleculares e esse arranjo.

9.15 (a) 1 109, 2 109 (b) 3 109, 4 109 (c) 5 180 (d) 6 120, 7 109, 8 109 9.17 (a) Apesar de os dois ons terem 4 domnios de eltrons ligantes, os 6 domnios totais em volta de Br necessitam de arranjo octadrico e geometria molecular quadrtica plana, enquanto os 4 domnios totais em B levam a um arranjo e uma geometria molecular tetradrica. (b) CF4 ter ngulos de ligao mais prximos do valor previsto pelo RPENV porque no h domnios de eltron no-ligantes ao redor de C. Em SF4 o domnio no-ligante simples ocupar mais espao, empurrar os domnios ligantes e levar a ngulos de ligao que sejam no ideais. 9.19 Cada espcie tem 4 domnios de eltron, mas o nmero de domnios no-ligan tes diminui de 2 para 0, indo de NH2 para NH+ . Uma vez que 4 domnios no-ligantes ocupam mais espao que domnios ligantes, os ngulos de ligao se expandem quando o nmero de domnios no-ligantes diminui. 9.21 Sim. O vetor do momento de dipolo aponta a bissecante do ngulo OSO com a ponta negativa do dipolo apontando no sentido oposto do tomo de S. 9.23 (a) No Exerccio 9.13, as molculas (i) e (ii) tero momentos de dipolo diferentes de zero. A molcula (i) no tem pares de eltrons no-ligantes em A, e os 3 dipolos de ligao AF so orientados para se cancelarem. As molculas (ii) e (iii) tm pares de eltrons no-ligantes em A e seus dipolos de ligao no se cancelam. (b) No Exerccio 9.14, as molculas (i) e (ii) tm momento de dipolo igual a zero. 9.25 CO, NCl3 e SF2 so polares. 9.27 O ismero do meio tem um momento de dipolo lquido igual a zero. 9.29 (a) A superposio de orbitais acontece quando orbitais atmicos de valncia em dois tomos adjacentes compartilham a mesma regio do espao. (b) Na teoria de ligao de valncia, a superposio de orbitais permite que dois eltrons ligantes ocupem mutuamente o espao entre os ncleos ligados. (c) A teoria de ligao de valncia uma combinao do conceito de orbital atmico e o modelo de Lewis da ligao de par de eltrons. 9.31 (a) sp, 180 (b) sp3, 109 (c) sp2, 120 (d) sp3d2, 90 e 180 (e) sp3d , 90, 120 e 180 9.33O S O O2

4 domnios de eltron em volta de S; arranjo tetradrico; geometria molecular pirmide trigonal; orbitais hbridos sp3; ngulo OSO ~ 107 ideal (O domnio de eltron no-ligante reduzir de alguma forma os ngulos tetradricos.) 9.35 (a) B, [He]2s22p1. Um eltron 2s promovido a um orbital 2s vazio. O orbital 2s e dois orbitais 2p que contm cada um um eltron so hibridizados para formar trs orbitais hbridos equivalentes em um arranjo trigonal planar. (b) sp2 (c)

B(d) Um nico orbital 2p no hibridizado. Ele repousa per2 pendicularmente ao plano trigonal dos orbitais hbridos sp . 2 3 3 3 2 9.37 (a) sp (b) sp (c) sp (d) sp d (e) sp d 9.39 (a) (b)

(c) Uma ligao s geralmente mais forte que uma ligao p porque h superposio de orbital mais extensiva.

129.41 (a)

Qumica: a cincia central

(b)H H C H H H O C H3

*2p

(b) sp , sp (c) O tomo de C em CH4 hibridizado sp ; no h orbitais p no hibridizados disponveis para a superposio p necessria para ligaes mltiplas. Em CH2O o tomo de C 2 hibridizado sp , com um orbital atmico p disponvel para formar a superposio p na ligao dupla CNO. 9.43 (a) 24 eltrons de valncia (b) 18 eltrons de valncia para formar ligaes s (c) 2 eltrons de valncia para formar ligaes p (d) 4 eltrons de valncia so no-ligantes (e) O tomo central C hibridizado sp2 9.45 (a) ~109 em torno de C mais esquerda, sp3, ~120 em torno de C direita, sp2 (b) O O duplamente ligado pode ser visto como sp2, e o outro como sp3; o nitrognio sp3 com ngulos de ligao de aproximadamente 109. (c) nove ligaes s, uma ligao p 9.47 (a) Em uma ligao p localizada, a densidade eletrnica concentrada entre os dois tomos formando a ligao. Em uma ligao p Deslocalizada, a densidade eletrnica espalhada por todos os tomos que contribuem com orbitais p para a rede. (b) A existncia de mais de uma forma de ressonncia uma boa indicao de que uma molcula ter ligao p deslocalizada. (c) Deslocalizada 9.49 (a) Orbitais atmicos e moleculares tm energia e formas caractersticas; cada um pode conter no mximo dois eltrons. Os orbitais atmicos so localizados e suas energias so o resultado de interaes entre as partculas subatmicas em um nico tomo. Os orbitais moleculares podem ser deslocalizados e as respectivas energias so influenciadas pelas interaes entre os eltrons em vrios tomos. (b) H uma diminuio lquida na energia que acompanha a formao da ligao porque os eltrons em H2 so fortemente atrados para ambos os ncleos de H. (c) 2 9.51 (a) * * 1s1s

3

2

2px

2px

2p

1 1s 1 H21s

1s

1s

(c) s2p < p2p < p*2 p < s*2 p 9.55 (a) Ao se comparar os mesmos dois tomos ligados, a ordem de ligao e a energia de ligao esto diretamente relacionadas, enquanto a ordem de ligao e o comprimento de ligao esto inversamente relacionados. Quando comparando ncleos diferentes ligados, no existem relaes simples. (b) No se espera que Be2 exista; ele tem ordem de ligao zero e no energeticamente favorvel sobre os tomos isolados de Be. Be2+ tem ordem de ligao 0,5 e ligeiramente mais baixo em energia do que os tomos isolados de Be. Ele provavelmente existir sob condies experimentais especiais, mas ser instvel. 9.57 (a, b) As substncias sem eltrons desemparelhados so fracamente repelidas por um campo magntico. Essa propriedade chamada diamagnetismo. (c) O 2- , Be 2+ 2 2 2 2 1 + 2 2 1 9.59 (a) B+ , s2s s *2s p2p , aumenta (b) Li2 , s1s s *1s s2s , aumenta (c) 2 + 2 4 1 2 4 * 2 * 2 N2 , s2s s 2s p2p s2p , aumenta (d) Ne, s2s s 2s p2p p2s1, diminui 2 2 4 1 9.61 CN, s2s s *2s p2p s2p , ordem de ligao = 2,5, paramagnti2 4 + * 2 co; CN , s2s s 2s p2p , ordem de ligao = 2,0, diamagntico; 2 2 4 2 CN , s2s s *2s p2p s2p , ordem de ligao = 3,0, diamagntico 9.63 (a) 3s, 3px, 3py, 3pz (b) p3p (c) 2 (d) Se o diagrama de OM para P2 similar ao diagrama de N2, P2 no ter eltrons desemparelhados e ser diamagntico. 9.65 (a) Angular (b) tetradrico (c) angular (d) forma de T (e) linear 9.67 SiF4 tetradrico, SF4 na forma de gangorra, XeF4 quadrtico plano. As formas so diferentes porque o nmero de domnios de eltrons no-ligantes diferente em cada molcula, mesmo todas as molculas tendo quatro domnios de eltrons ligantes. Os ngulos de ligao e a forma molecular so determinados pelo nmero total de domnios de eltrons. 9.69 (a) Duas sigmas, duas pi (b) duas sigmas, duas pi (c) trs sigmas, uma pi (d) quatro sigmas, uma pi 9.72 O composto da direita tem um momento de dipolo diferente de zero. 9.74

(b) H um eltron em H+ . (c) s 1 s (d) OL = 1 (e) Sim. Se o nico 2 21

H C H C C

H H

eltron em H for excitado para o orbital s , sua energia maior do que a energia de um orbital atmico H 1s, e H+ se de2 compor em um tomo de hidrognio e um on de hidrognio.* 1s

+ 2

9.53 (a)

(a) A molcula no plana. (b) O aleno no tem momento de dipolo. (c) As ligaes no aleno no seriam descritas como deslocalizadas. As nuvens p das duas CNC adjacentes so mutuamente perpendiculares, logo no existe superposio nem deslocalizao de eltrons p. 9.77 (a) O O O O O O*2p

2pz

2pz

2p

Para acomodar a ligao p deslocalizada indicada nas estruturas de ressonncia anterior, todos os tomos de O devem ser hibridizados sp2. (b) Para a estrutura de ressonncia esquerda, ambas as ligaes sigma so formadas pela superposio 2 de orbitais hbridos sp , a ligao p formada pela superposio de orbitais atmicos p, um dos pares no-ligantes no to-

Respostas a exerccios selecionados

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mo de O terminal direita est em um orbital atmico p, e os 5 pares no-ligantes restantes esto em orbitais hbridos sp2. (c) Apenas orbitais atmicos no hibridizados p podem ser usados para formar um sistema p deslocalizado. (d) O sistema p deslocalizado contm 4 eltrons, 2 da ligao p e 2 do par no-ligante no orbital p. 9.79 N 2- e O 2- so provveis de ser 2 2 espcies estveis, F22 no . 9.82 (a) HNO2 (b) O N O H (c) A geometria ao redor de N trigonal 2 plana. (d) Hibridizao sp ao redor de N (e) Trs sigmas, uma pi 9.87 A partir das entalpias de dissociao de ligao, DH = 5.364 kJ; de acordo com a lei de Hess, DH = 5.535 kJ. A diferena nos dois resultados, 171 kJ, deve-se estabilizao de ressonncia no benzeno. A quantidade de energia realmente necessria para decompor 1 mol de C6H6(g) maior do que a soma das entalpias das ligaes localizadas.

Captulo 1010.1 (a) Um gs muito menos denso do que um lquido. (b) Um gs muito mais compressvel do que um lquido. (c) Todas as misturas de gases so homogneas. Molculas de lquido similares formam misturas homogneas, enquanto molculas muito diferentes formam misturas heterogneas. 10.3 (a) F = m a. As foras que elas exercem no solo so exatamente iguais. (b) P = F/A. A pessoa apoiando-se em um p aplica essa fora sobre uma rea menor, exercendo maior presso no cho. 10.5 (a) 10,3 m (b) 2,0 atm 10.7 (a) O tubo pode ter qualquer rea transversal. (b) No equilbrio a fora da gravidade por rea unitria agindo na coluna de mercrio no nvel do mercrio externo no igual fora da gravidade atuando na atmosfera. (c) A coluna de mercrio mantida para cima pela presso da atmosfera aplicada na piscina exterior de mercrio. 10.9 (a) 0,349 atm (b) 265 mm de Hg (c) 3,53 104 Pa (d) 0,353 bar 10.11 (a) P = 773,4 torr (b) A presso em Chicago maior do que a presso atmosfrica padro; dessa forma, faz sentido classificar esse sistema de clima como um sistema de alta presso. 10.13 1,7 103 kPa 10.15 (i) 0,29 atm (ii) 1,063 atm (iii) 0,136 atm 10.17 (a) V25 3

V1

300 K, V1 (b) V21 2

500 K, V2

V1

1 atm, V1

2 atm, V2

10.19 (a) 5,39 L (b) 15,2 L 10.21 (a) Se volumes iguais de gases mesma temperatura e presso contm nmeros iguais de molculas e as molculas reagem em propores de pequenos nmeros inteiros, segue que os volumes dos gases reagentes esto nas propores de pequenos nmeros inteiros. (b) Como os dois gases esto mesma temperatura e presso, a proporo dos nmeros de tomos a mesma que a proporo dos volumes. Existem 1,5 vezes mais tomos de Xe do que tomos de Ne. 10.23 (a) PV = nRT; P em atmosferas, V em litros, n em mols, T em kelvins. (b) Um gs ideal exibe relaes de presso, de volume e de temperatura descritas pela

equao PV = nRT. 10.25 O frasco A contm o gs com M = 30 g/mol e o frasco B contm o gs com M = 60 g/mol. 10.27 (a) 42,1 L (b) 32,5 K (c) 3,96 atm (d) 0,320 mol 10.29 1,7 104 2 kg de H2 10.31 (a) 91 atm (b) 2,3 10 L 10.33 (a) 39,7 g de Cl2 (b) 12,5 L (c) 377 K (d) 2,53 atm 10.35 (a) n = 2 104 mol de O2 (b) A barata precisa de 8 103 mol de O2 em 48 h, mais do que 100% de O2 na jarra. 10.37 Para amostras de gs nas mesmas condies, a massa molar determina a densidade. Dos trs gases listados, (c) Cl2 tem a maior massa molar. 10.39 (c) Porque os tomos de hlio so de massa mais baixa do que a mdia das molculas do ar, o gs hlio menos denso do que o ar. O balo, assim, pesa menos do que o ar deslocado por seu volume. 10.41 (a) d = 1,77 g/L (b) M = 80,1 g/mol 10.43 M = 89,4 g/mol 10.45 3,5 109 g de Mg 10.47 2,94 103 L de NH3 10.49 0,402 g de Zn 10.51 (a) Quando a torneira for aberta, o volume ocupado por N2(g) aumenta de 2,0 para 5,0 L. P de N2 = 0,40 atm (b) Quando os gases se misturam, o volume de O2(g) aumenta de 3,0 para 5,0 L. P de O2 = 1,2 atm (c) Pt = 1,6 atm 10.53 (a) P de He = 1,88 atm, P de Ne = 1,10 atm, P de Ar = 0,360 atm, P de CO2 = 0,20 atm 10.57 2,5 mol% de O2 10.59 Pt = 2,70 atm 10.61 (a) Aumento na temperatura a volume constante ou diminuio no volume ou aumento na presso (b) diminuio na temperatura (c) aumento no volume, diminuio na presso (d) aumento na temperatura 10.63 O fato de os gases serem facilmente compressveis suportam a suposio de que a maioria do volume de uma amostra de gs espao vazio. 10.65 (a) O recipiente A tem mais molculas. (b) A densidade de CO 1,25 g/L e a densidade de SO2 1,33 g/L. O recipiente B tem mais massa. (c) A energia cintica mdia das molculas no recipiente B maior. (d) uA/uB = 1,46. As molculas no recipiente A tm maior velocidade vmq. 10.67 (a) Em ordem crescente de velocidade: CO2 N2O < F2 < HF < H2 (b) u H 2 = 1,92 103 m/s, u CO 2 = 4,12 2 10 m/s 10.69 A ordem crescente da velocidade de efuso 2 37 : H Cl < 1H37Cl < 2H35Cl < 1H35Cl 10.71 As4S6 10.73 (a) O comportamento de gs no ideal observado a presses muito altas e baixas temperaturas. (b) Os volumes reais das molculas de gs e as foras intermoleculares atrativas entre as molculas fazem com que os gases comportem-se no idealmente. 10.75 De acordo com a lei de gs ideal, a razo PV/RT pode ser constante para determinada amostra de gs em todas as combinaes de presso, volume e temperatura. Se essa razo variar com o aumento da presso, a amostra de gs no est se comportando idealmente. 10.77 Ar (a = 1,34, b = 0,0322) ir se comportar mais como um gs ideal do que CO2 (a = 3,59, b = 0,427) a altas presses. 10.79 (a) P = 0,917 atm (b) P = 0,896 atm 10.81 Com o tempo, os gases misturam-se perfeitamente. Cada bulbo conter 4 tomos representados como bola cheia e 3 tomos representados por bola vazia. 10.83 3,3 mm3 10.86 5,4 103 g de O2 10.90 (a) NH3(g) permanecer aps a reao. (b) P = 0,957 atm 10.92 O oxignio 70,1 mol% da mistura. 10.95 Apenas o item (b) satisfatrio. O item (c) no suportaria uma coluna de Hg porque ela aberta em ambos os lados. O item (d) no alto o suficiente para suportar uma coluna de aproximadamente 760 mm de Hg. Os itens (a) e (e) no so apropriados pela mesma razo: eles no tm rea transversal uniforme. 10.98 (a) medida que um gs for comprimido a temperatura constante, o nmero de colises intermoleculares aumenta. A atrao intermolecular faz com que algumas dessas colises sejam inelsticas, o que amplifica o desvio do comportamento de gs ideal. (b) medida que a temperatura

14

Qumica: a cincia central

de um gs aumentar a volume constante, uma frao maior das molculas tem energia cintica suficiente para superar as atraes internucleares e o efeito da atrao internuclear tornar-se menos significativo. 10.101 DH = 1,1 1014 kJ (supondo que H2O(l) um produto) 10.105 (a) A presso parcial de IF5 0,515 atm. (b) A frao em quantidade de matria de IF5 0,544.

Captulo 1111.1 (a) Slido < lquido < gs (b) gs < lquido < slido 11.3 Nos estados lquido e slido as partculas esto se tocando e existe muito pouco espao vazio, logo os volumes ocupados por uma unidade de massa so muito similares e as densidades tambm. Na fase gasosa as molculas esto afastadas, de forma que uma massa unitria ocupa um volume muito maior do que no lquido ou no slido, e a densidade da fase gasosa muito menor. 11.5 medida que a temperatura de uma substncia aumenta, a energia cintica mdia das partculas aumenta. medida que a energia cintica aumenta, mais partculas so capazes de superar as foras intermoleculares atrativas e passar para um estado menos ordenado, do slido para o lquido e para o gs. 11.7 (a) Foras de disperso de London (b) foras dipolodipolo (c) foras dipolodipolo e em determinados casos ligao de hidrognio 11.9 (a) Molcula covalente apolar; apenas foras de disperso de London (b) molcula covalente polar com ligaes OH; ligao de hidrognio, foras dipolodipolo e foras de disperso de London (c) molcula covalente polar; foras dipolodipolo e foras de disperso de London (mas no ligao de hidrognio) 11.11 (a) A polarizabilidade a facilidade com a qual a distribuio de carga em uma molcula pode ser distorcida para produzir um dipolo temporrio. (b) Te o mais polarizvel porque seus eltrons de valncia esto mais afastados do ncleo e mantidos menos fortemente. (c) Em ordem crescente de polarizabilidade: CH4 < SiH4 < SiCl4 < GeCl4 < GeBr4 (d) A ordem de grandeza das foras de disperso de London e portanto os pontos de ebulio das molculas aumentam medida que a polarizabilidade aumenta. A ordem crescente dos pontos de ebulio a ordem crescente de polarizabilidade dada no item (c). 11.13 (a) H2S (b) CO2 (c) CCl4 11.15 Tanto molculas de butano na forma de tubos como molculas esfricas de 2-metilpropano sofrem foras de disperso. A maior superfcie de contato entre as molculas de butano produzem maior ponto de ebulio. 11.17 CH3NH2 e CH3OH. As molculas com ligaes NH, OH e FH formam ligaes de hidrognio com molculas semelhantes. 11.19 (a) HF tem o maior ponto de ebulio porque as ligaes de hidrognio so mais fortes do que as foras de dipolodipolo. (b) CHBr3 tem o maior ponto de ebulio porque tem a maior massa molar, indicando maior polarizabilidade e foras de disperso mais fortes. (c) ICl tem o maior ponto de ebulio porque as molculas tm massas molares similares (conseqentemente foras de disperso similares), mas ICl polar, fornecendo-lhe foras de dipolodipolo que esto ausentes na molcula apolar de Br2. 11.21 Tenso superficial, alto ponto de ebulio e alto calor especfico. 11.23 (a) Tanto as viscosidades quanto as tenses superficiais de lquidos aumentam medida que as foras intermoleculares tornam-se mais fortes. (b) A tenso superficial e a viscosidade diminuem conforme a temperatura e a energia cintica mdia das molculas aumentam. 11.25 (a) CHBr3 tem massa molar mais alta, mais polarizvel e tem foras de disperso mais fortes, logo a tenso superficial

maior. (b) medida que a temperatura aumenta, a viscosidade do leo diminui porque as energias cinticas mdias das molculas aumentam. (c) As foras adesivas entre a gua polar e a cera de carro apolar so fracas; assim, a grande tenso superficial da gua puxa o lquido para a forma com a menor rea superficial, uma esfera. 11.27 Endotrmica: fuso, vaporizao, sublimao; exotrmica: condensao, congelamento, deposio. 11.29 A fuso no requer a separao das molculas, de forma que a exigncia de energia menor do que para a vaporizao, onde as molculas devem ser separadas. 11.31 2,2 103 g de H2O 11.33 105 kJ 11.35 (a) A presso crtica a presso necessria para provocar a liquefao a temperatura crtica. (b) medida que a fora de atrao entre as molculas aumenta, a temperatura crtica do composto aumenta. (c) Todos os gases da Tabela 11.5 podem ser liquefeitos temperatura do nitrognio lquido, dada presso suficiente. 11.37 (a) Nenhum efeito (b) Nenhum efeito (c) A presso de vapor diminui com o aumento das foras intermoleculares atrativas porque menos molculas tm energia cintica suficiente para superar as foras atrativas e escapar para a fase de vapor. (d) A presso de vapor aumenta com o aumento da temperatura porque as energias cinticas mdias das molculas aumentam. 11.39 CBr4 < CHBr3 < CH2Br2 < CH2Cl2 < CH3Cl < CH4. A tendncia dominada pelas foras de disperso mesmo quatro das molculas sendo polares. A ordem crescente de volatilidade a ordem crescente da presso de vapor, a ordem decrescente da massa molar e a ordem decrescente de intensidade das foras de disperso. 11.41 (a) A temperatura da gua nas duas panelas a mesma. (b) A presso de vapor no depende nem do volume nem da rea superficial do lquido. mesma temperatura, as presses de vapor da gua nos dois recipientes so as mesmas. 11.43 (a) Aproximadamente 17 oC (b) aproximadamente 28 oC 11.45 (a) 79 oC (b) A presso de vapor do ter dietlico a 12 oC aproximadamente 325 torr, menos do que a presso atmosfrica de 340 torr. Se um manmetro de ponta aberta fosse usado, o brao aberto para a atmosfera estaria mais baixo do que o lado aberto para o recipiente. 11.47 A linha lquido gs de um diagrama de fases termina no ponto crtico, a temperatura e presso depois dos quais no se pode distinguir entre as fases lquida e gasosa. 11.49 (a) H2O(g) ir condensar em H2O(s) a aproximadamente 4 mm de Hg; a uma presso mais alta, talvez 5 atm ou mais, a H2O(s) se fundir em H2O(l). (b) A 100 oC e 0,50 atm, a gua est na fase de vapor. medida que ela esfria, o vapor de gua condensa-se para gua lquida a aproximadamente 82 oC, a temperatura na qual a presso de vapor da gua lquida 0,50 atm. O resfriamento adicional resulta no congelamento a aproximadamente 0 oC. O ponto de congelamento da gua aumenta com a diminuio da presso, logo a 0,50 atm; a temperatura de congelamento muito pouco acima de 0 oC. 11.51 (a)Presso (atm; no est em escala)

50 Lquido Slido

Ponto crtico

1 0 160

Ponto de fuso normal Ponto de ebulio normal Ponto triplo 110 60 Temperatura, C

Gs

10

40

Respostas a exerccios selecionados

15

(b) Xe(s) mais denso do que Xe(l) porque a linha slidolquido no diagrama de fases normal. (c) O resfriamento de Xe(g) a 100 torr provocar a deposio do slido porque 100 torr est abaixo da presso do ponto triplo. 11.53 Em slido cristalino, as partculas componentes esto arranjadas em padro repetitivo ordenado. Em um slido amorfo, no existe estrutura ordenada. 11.55 A clula unitria a unidade fundamental da rede cristalina. Quando repetida em trs dimenses, ela produz a rede cristalina. um paraleleppedo com distncias e ngulos caractersticos. As clulas unitrias podem ser primitivas ou centradas. 11.57 A grande diferena nos pontos de fuso deve-se s foras muito diferentes impondo ordem atmica no estado slido. Muito mais energia cintica necessria para romper as ligaes metlicas deslocalizadas no ouro do que para vencer as foras de disperso de London relativamente fracas em Xe. 11.59 (a) r = 1,355 (b) densidade = 22,67 g/cm3 11.61 Massa atmica = 55,8 g/mol 11.63 (a) 12 (b) 6 (c) 8 11.65 a = 6,13 11.67 (a) Os ons U4+ em UO2 so representados por esferas menores na Figura 11.42 (c). A razo entre as esferas maiores e as esferas menores equipara-se razo entre O2 e U4+ na frmula qumica, logo as esferas menores devem representar U4+. (b) densidade = 10,97 g/cm3 11.69 (a) Ligao de hidrognio, foras dipolodipolo, foras de disperso de London (b) ligaes qumicas covalentes (c) ligaes inicas (d) ligaes metlicas 11.71 Nos slidos moleculares, foras intermoleculares relativamente fracas unem as molculas na rede, necessitando, assim, de relativamente pouca energia para romper essas foras. Nos slidos covalentes, as ligaes covalentes unem os tomos em uma rede extensa. A fuso ou a deformao de um slido covalente significa a quebra de ligaes covalentes, que necessitam de grande quantidade de energia. 11.73 Por causa do seu ponto de fuso relativamente alto e das propriedades como soluo condutora, o slido deve ser inico. 11.75 (a) B, rede covalente como C(s), versus as foras de disperso fracas em BF3 (b) NaCl, inico versus ligao metlica (c) TiO2, maior carga em O2 do que em Cl (d) MgF2, maior carga em Mg2+ do que em Na+ 11.78 (a) SO2, IF, HBr (b) CH3NH2, HCOOH 11.80 (a) O ismero cis tem foras dipolodipolo mais intensas e ponto de ebulio mais alto. (b) Como o ismero trans apolar com foras intermoleculares mais fracas tem o maior ponto de fuso, ele deve empacotar mais eficientemente no estado slido. 11.83 (a) Diminui (b) aumenta (c) aumenta (d) aumenta (e) aumenta (f) aumenta (g) aumenta 11.86 Os dois grupos OH no etilenoglicol esto envolvidos em muitas interaes de ligao de hidrognio, levando ao seu maior ponto de ebulio e viscosidade, em relao ao pentano, que sofre apenas foras de disperso. 11.88 A bomba de vcuo reduz a presso da atmosfera acima da gua at que a presso atmosfrica iguale-se presso de vapor da gua e a gua entre em ebulio. A ebulio um processo endotrmico, e a temperatura cai se o sistema no for capaz de absorver calor da vizinhana rpido o suficiente. medida que a temperatura da gua diminui, a gua congela. 11.93 (a) 1 tomo (b) 2 tomos (c) 4 tomos 11.95 A difrao mais eficiente ocorre quando as distncias entre as camadas de tomos no cristal forem similares ao comprimento de onda da luz sendo difratada. Os raios X de molibdnio de 0,71 so da mesma ordem de grandeza que as distncias entre as camadas no cristal e so difratados. A luz visvel, 400700 nm ou 4.000 a 7.000 , muito longa para ser difratada com eficincia. 11.100 (a) A presso no tanque

deve ser maior do que a presso atmosfrica. Desde que algum lquido esteja presente, a presso do gs no tanque ser constante. (b) Se o gs butano vaza do tanque, o butano lquido ir vaporizar (evaporar) para manter a presso de vapor em equilbrio. A vaporizao um processo endotrmico; o butano ir absorver calor da vizinhana, e a temperatura do tanque e do lquido diminuiro. (c) 56,8 kJ; V = 67,9 L 11.103 P (vapor de benzeno) = 98,6 torr

Captulo 1212.1 Tanto um lquido ordinrio quanto um cristal lquido nemtico so fluidos; eles so convertidos diretamente para a fase slida com resfriamento. A fase nemtica nebulosa e mais viscosa do que um lquido ordinrio. Com o aquecimento, a fase nemtica convertida em um lquido ordinrio. 12.3 No estado slido a orientao relativa das molculas fixada e repetida nas trs dimenses. Quando uma substncia muda da fase lquida cristalina nemtica, as molculas permanecem alinhadas em uma dimenso; o movimento translacional permitido, mas o movimento rotacional restrito. A transformao para a fase lquida isotrpica destri a ordem unidimensional, resultando em movimentos translacional e rotacional livres. 12.5 A presena de grupos polares ou de pares de eltrons no-ligantes leva a interaes dipolodipolo relativamente fortes entre as molculas. Essas so uma parte significativa das foras orientadoras necessrias para a formao do cristal lquido. 12.7 Na fase nemtica existe uma ordem unidimensional. Em uma fase esmtica, os sentidos longos das molculas e as pontas das molculas esto alinhados. 12.9 Uma fase nemtica composta de camadas de molculas alinhadas ao longo de seus comprimentos, sem ordem adicional dentro das camadas ou entre as camadas. Uma fase colestrica tambm contm esse tipo de camada, mas sem qualquer organizao entre elas. 12.11 O n-decano no tem um comprimento de cadeia suficientemente longo ou uma massa molecular para ser considerado um polmero.O

12.13 CH3

C

O

H

H

O

CH2 Etanol

CH3

cido actico O CH3 C O CH2CH3

H2O

Acetato de etila

Se um cido dicarboxlico e um dilcool forem combinados, existe o potencial para a propagao da cadeia polimrica em ambos os lados de ambos os monmeros. 12.15 (a) H HC H C CI

(b) H2N

CH2 CH2 HO C O

CH2 CH2 CH2

CH2 CH2 CH2 CH2

NH2 O C CH2 OH

16(c)

Qumica: a cincia central

O CH2 HO CH2 OH HO C C

O OH

12.17 HOOC

COOH e

H2N

NH2

O

H O O H H N O NH (CH2)3C n

O (CH2)3C OH

12.19 n H2N

(CH2)3C

NH

(CH2)3C

12.21 A flexibilidade das cadeias moleculares provoca a flexibilidade do polmero volumoso. A flexibilidade aumentada pelas caractersticas moleculares que inibem a organizao, como a ramificao, e diminuda pelas caractersticas que encorajam a organizao, como a ligao cruzada ou a densidade p deslocalizada. A ligao cruzada, a formao de ligaes qumicas entre as cadeias polimricas, reduz a flexibilidade das cadeias moleculares, aumentando a dureza do material, e diminui a reatividade qumica do polmero. 12.23 A funo do polmero determina se as altas massas moleculares e o alto grau de cristalinidade so propriedades desejveis. Se o polmero ser usado como invlucro ou fibra flexvel, a rigidez uma propriedade indesejvel. 12.25 O neopreno biocompatvel? Ele provoca reaes inflamatrias? O neopreno satisfaz as exigncias fsicas de um guia flexvel? Ele permanecer resistente degradao e manter a elasticidade? O neopreno pode ser preparado na forma suficientemente pura de forma que ele possa ser classificado como de grau mdico? 12.27 Os materiais de enxerto de corrente vascular no podem ser alinhados com as clulas similares quelas na artria natural. O corpo detecta que o enxerto estranho, e as plaquetas aderem-se s superfcies internas, provocando cogulos sangneos. As superfcies internas de implantes vasculares futuros precisam acomodar um revestimento de clulas que no atraiam nem ataquem as plaquetas. 12.29 Para que as clulas da pele em um meio de cultura se desenvolvam na pele artificial, uma matriz mecnica que suporta as clulas em contato entre si de