sebenta geral de quimica i [susana barreiros unl]
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1www.dq.fct.unl.pt/cadeiras/quimica1
QuQumica I Amica I A
Informaes Gerais 2004/2005
0,5 hP
4 hT/TPCarga Horria
5,5ECTS
1Semestre
1Ano
Seco de Qumica-Fsica e InorgnicaGrupo responsvel
Teresa Avils e Eurico CabritaRegentes
Mtodo de avaliao/Organizao da cadeira
QuQumica I Amica I A
A avaliao feita por exame final. No h exames orais. Todos os alunos inscritos podem apresentar-se a examefinal. S podem apresentar-se a um dos dois exames de poca normal. Todos osalunos que no obtiveram nota positiva na poca normal podem ir ao exame da pocade recurso.
requerida a obteno da frequncia cadeira, o que obriga realizao de 3 trabalhos prticos laboratoriais que o aluno pode escolher entre os 4 trabalhosprticos laboratoriais oferecidos. Os alunos so aconselhados a fazer as 4 prticas, mas s 3 so realmente necessrias para obteno de frequncia na cadeira.Se, por qualquer razo, o aluno no puder realizar 3 prticas de Qumica I, ter queobter frequncia na cadeira no ano seguinte. Por uma questo de prudncia, recomenda-se que os alunos no programem ir s s 3 ltimas prticas j que, se por exemploadoecerem e tiverem que faltar a uma delas, no obtm frequncia.
Mtodo de avaliao/Organizao da cadeira
www.dq.fct.unl.pt/cadeiras/quimica1
Contactos
Teresa Avilsemail: tap@dq.fct.unl.pttel.: 21-2948300 ext. 10950 / directo 21-2948359Gabinete 409
Eurico Cabritaemail: ejc@dq.fct.unl.pttel.: 21-2948300 ext. 10988 / directo 21-2948358Gabinete 303
Apoio Tcnico:Idalina MartinsConceio Lustel.: 212948300 ext.10912Lab. 417
QuQumica I Amica I A
Programa 2004/2005
Programa das aulas Prticas
Turnos mpares* comeam as aulas prticas na semana de 18 de Outubro.Turnos pares* comeam as aulas prticas na semana de 25 de Outubro.
*Estes turnos so definidos pelos Serv. Planeamento
Substituies:Dia 1 de Novembro aula prtica passa para dia 13 de Dezembro.Dias 1 e 8 de Dezembro aulas prticas passam para dias 15 e 16 de Dezembro.
P4: Pilhas e reaces redox29 Nov-3 Dez, 6-10 Dez
P3: Titulaes cido-base15-19 Nov, 8-12 Nov
P2: Cintica da reaco do violeta de cristal com o io hidrxido2-5 Nov, 8-12 Nov
P1: Estudo do equilbrio do cloreto de cobalto18-22 Out, 25-29 Out
TrabalhosSemanas
QuQumica I Amica I A
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2Cada trabalho prtico de laboratrio dado durante duas semanas. obrigatrio o uso de bata.Na primeira aula de laboratrio, os alunos faro um teste sobre segurana em laboratrios de qumica. Para o efeito, devero consultar o Manual de Segurana dos Laboratrios do Departamentode Qumica. Este manual est venda no secretariado do 2 piso do Edifcio Departamental daQumica.
Um aluno que j obteve frequncia cadeira num ano qualquer anterior, tem automaticamentea frequncia garantida no ano de 2004/2005. Informao sobre frequncias obtidas em anosanteriores pode ser solicitada ao Prof. Joo Sotomayor atravs do e-mail jcs@dq.fct.unl.pt.
Os turnos prticos so definidos pelos Servios de Planeamento.
Programa 2004/2005
QuQumica I Amica I A
Programa 2004/2005 Programa das aulas Terico/Prticas
Equilbrio QumicoA 1 lei da termodinmica. Entalpia. Entalpias de formao e de reaco. Equilbrio qumico. Princpio de Le Chtelier. Transformaes espontneas. Entropia e a 2 lei da termodinmica. Variao total de entropia. Energia de Gibbs. G e a constante de equilbrio. Equilbrio qumico em misturas de gases ideais. A equao dos gases perfeitos. Presses parciais. ___________________________________________________________
Total: 7 horas
Fundamentos de QumicaReaces Qumicas Estequiometria. Solues e unidades de concentrao. Tabela Peridica. Propriedades peridicas. Ligao Qumica: Ligao Inica, Ligao Covalente Foras intermoleculares. ___________________________________________________________
Total: 7 horas
QuQumica I Amica I A
Programa 2004/2005 Programa das aulas Terico/Prticas
cidos e basesO conceito de Bronsted e Lowry. Autoionizao da gua. Funo p. pH de solues de cidos e bases fracos. Solues tampo. Titulaes cido-base. Curvas de titulao. Indicadores cido-base.___________________________________________________________
Total: 7 horas
Cintica qumica Velocidades de reaco. Reaces elementares. Molecularidade. Mecanismo reaccional. Determinao de leis de velocidade. Mtodo integral. Perodo de semi-reaco. Mtodo diferencial. Velocidades iniciais. Lei de Arrhenius. Catlise.___________________________________________________________
Total: 7 horas
QuQumica I Amica I A
Programa 2004/2005 Programa das aulas Terico/Prticas
Reaces redoxPotenciais padro de elctrodo. Equao de Nernst. Pilhas de concentrao. Determinao de constantes produto de solubilidade. Corroso.___________________________________________________________
Total: 7 horas
Diagramas de faseEquilbrio de fases. Curvas de arrefecimento. Estruturas de no equilbrio. ___________________________________________________________
Total: 3 horas
Reaces de precipitaoProduto de solubilidade. Efeito do io comum. Separao de ies.___________________________________________________________
Total: 2 horas
QuQumica I Amica I A
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3Programa 2004/2005 Programa das aulas Terico/Prticas
Equilbrio lquido-vaporSolues ideais. Lei de Raoult. Destilao. Propriedades coligativas. Depresso crioscpica e elevao ebulioscpica. Solues no ideais. Azetropos. ___________________________________________________________
Total: 6 horas
Total: 47 horas
Reaces de precipitaoProduto de solubilidade. Efeito do io comum. Separao de ies.___________________________________________________________
Total: 2 horas
QuQumica I Amica I A
Programa 2004/2005
Bibliografia
"Chemistry", R. Chang, Mc Graw Hill, 8th Edition 2004
Qumica (traduo portuguesa de Chemistry ), R.Chang, Mc. Graw Hill, 1994
Chemical Principals, The quest for insight", P. Atkins, L. Jones, Freeman, 2001
Apontamentos de Qumica I, Susana Barreiros, Manuel Nunes da Ponte, FCT/UNL, 1998
Testes e exames de Qumica I resolvidos, Susana Barreiros, Manuel Nunesda Ponte, FCT/UNL, 1998
QuQumica I Amica I A
1. Introduo
QU
MIC
A I
A
Quando bebemos caf ingerimos molculas. Enquanto estamos sentadosnuma sala somos bombardeados por uma tempestade contnua de molculas. Quando admiramos a cor de uma orqudea ou as texturas de umapaisagem, estamos a admirar molculas. Quando saboreamos uma comida ou bebida estamos a apreciar molculas. Quando nos apercebemos de algoem decomposio estamos a cheirar molculas. Estamos vestidos de molculas, comemos molculas, excretamos molculas. De facto, somosfeitos de molculas.
Adaptado de Atkins Molecules, Peter Atkins, Cambridge Univ. Press, 2nd Ed 2003
Cafena
Etanol
Sildenafil (viagra)
Hemoglobina
QUQUMICA ?!!MICA ?!!
-
4Estudar as propriedades dos materiais e as transformaes que eles sofrem
A QuA Qumica o que pretende ?mica o que pretende ?
tomos e elementostomos e elementos
CompostosCompostos
LigaLigaes entre es entre tomostomos
ForForas entre molas entre molculasculas
MisturasMisturasReacReaces ques qumicasmicas
Porque acontecem as reacPorque acontecem as reaces ques qumicas ?micas ?
Ag+ (aq) + Cl- (aq) AgCl (s)
Mas Ag+ e NO3- no formam um precipitado e permanecem em soluo
H3CC
O
Cl H3CC
O
OH+ H2O + HCl
H3CC
O
NH2+ H2O no ocorre reaco
VariaVariaes de energia e entropia e as leis da termodinmicaes de energia e entropia e as leis da termodinmica
QU
MIC
A I
A
2. Fundamentos
MatMatriariaTudo aquilo que ocupa espaTudo aquilo que ocupa espao e possui massao e possui massa..
Estados fEstados fsicos da matsicos da matriaria
-- GGs ou vapors ou vapor-- LLquidoquido-- SSlidolido
FundamentosFundamentos
SubstnciasSubstncias
Propriedades fPropriedades fsicassicasMudanas de estado
Propriedades quPropriedades qumicasmicasReaces qumicas
MisturasMisturasHomogHomogneasneas
HeterogHeterogneasneas
separao
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5tomos e molculas
FundamentosFundamentos
Smbolos e frmulas
Istopos
Massas de tomos e molculas
A mole
Frmulas qumicas
O tomo
Teoria atmica da matria
FundamentosFundamentos
O tomo a parte mais pequena de um elemento que retm as suas propriedades qumicas
Teoria atmica de Dalton - 1803
Democritus 460 370 A.C.
Qual a estrutura do tomo ?
Teoria atmica da matria
FundamentosFundamentos
O tomo a parte mais pequena de um elemento que retm as suas propriedades qumicas
Estrutura atEstrutura atmicamica
1,67x10-241.00nNeutro
1,67x10-241.0+1pProto
9,11x10-285,0 x 10-4-1e-Electro
gramasu.m.a.cargasmboloNome
ncl
eo
Smbolos e frmulas
FundamentosFundamentos
XAZ #C
A massa atmica - Total de protes e neutres (ex. 1H, 12C)Z nmero atmico - # de protes ou electresC carga - valores + ou (ex. Fe3+)# - nmero - n de tomos numa frmula (ex. CH4)
Cada elemento representado por um smbolo qumico: ex. arsnico As, urnio U, ouro Au, etc
As frmulas so utilizadas para representar os elementos num composto: ex. gua H2O, lcool etlico CH3CH2OH, etc
-
6Os elementos
FundamentosFundamentos
So conhecidos mais de 109 Elementos
87 so metais 26 so radioactivos 16 foram criados pelo Homem (todos radioactivos) 11 so gases 2 ocorrem como lquidos temperatura ambiente
Istopos
FundamentosFundamentos
tomos do mesmo elemento mas com diferentes massas.Cada istopo tem um nmero diferente de neutres.
Istopos de Hidrognio:
Istopos de Carbono:
1 2 21 1 1H, H, H
12 13 146 6 6C, C, C
A maioria dos elementos ocorre naturalmente como uma mistura de istopos
Massas de tomos e molculas
FundamentosFundamentos
Unidade de massa arbitrria relativa ao 12C
1 u.m.a. = massa 1 tomo 12C / 12
Massa atmica
Unidade de massa atmica u.m.a.
Massa molecular
Mdia da massa relativa de um tomo num elemento
Massa total de todos os tomos num composto
A mole
FundamentosFundamentos
As massas de tomos ies e molculas individuais so medidas em unidades de massa atmica u.m.a.
Nmero de tomos em 12.000 g de 12C
1 mol = 6.022 x 1023
Como cada tomo de 12C tem uma massa atmica de 12 u.m.a. a massa molar de um elemento (em gramas) numericamente igual sua massa atmica ( em u.m.a.)
A massa molar corresponde massa em gramas de 1 mole de unidades (tomos, molculas ou ies) da substncia
-
7Moles e massas
FundamentosFundamentos
H H -- 1,008 uma ou 1,008 g/1,008 uma ou 1,008 g/molmol
O O -- 16,00 uma ou 16,00 g/16,00 uma ou 16,00 g/molmol
Mo Mo -- 95,94 uma ou 95,94 g/95,94 uma ou 95,94 g/molmol
HH22OO - gua 2 hidrognio 2 x 1.008 uma1 oxignio 1 x 16.00 uma
Massa da molcula 18.02 uma18.02 g/molArredondamento devido
ao nmero de algarismos significativos
Exerccios
FundamentosFundamentos
1. Calcule a quantidade de substncia (em moles) e a massa (em gramas) de sdioexistentes em 0.53 g de Na2CO3.Na=23, C=12, O=162. O aspartame, C14H18N2O5, um adoante artificial. Calcule o nmero de molculasexistentes em 1.0 mg de aspartame, bem como a percentagem em massa de cada um dos elementos constituintes.NA = 6.022x1023 mol-1 H=1, N=143. O etileno, C2H4, reage com o oxignio de acordo com C2H4 +O2 CO2 + H2O. Quantos gramas de CO2 e de H2O se obtm ao fazer reagir 1.93 g de C2H4 e 5.92 gde O2?4. Quer preparar-se 150 cm3 de uma soluo de Na2CO3 de concentrao 0.0234 M a partir de uma soluo-me de Na2CO3 de concentrao 0.778 M. Calcule o volume de soluo-me necessrio para preparar essa soluo.5. Dissolvem-se 0.094 g de CuSO4.5H2O em gua destilada at se perfazer o volume de 500 cm3 num balo volumtrico. Diluem-se 2.0 cm3 desta soluo a fim de prepararuma segunda soluo noutro balo volumtrico de 500 cm3. Calcule a concentrao de CuSO4 no segundo balo, bem como a massa de CuSO4.5H2O de que necessitariapara preparar directamente esta soluo. Critique o resultado.Cu=63.5, S=32
Volume e densidade
FundamentosFundamentos
Volume a unidade derivada do SI para volume o metro cbico(m3)
Densidade a unidade derivada do SI para densidade kg/m3
1 cm3 = (1 x 10-2 m)3 = 1 x 10-6 m3
1 dm3 = (1 x 10-1 m)3 = 1 x 10-3 m3
1 L = 1000 mL = 1000 cm3 = 1 dm31 mL = 1 cm3
1 g/cm3 = 1 g/mL = 1000 kg/m3
densidade = massavolume d =mV
Algarismos significativos
FundamentosFundamentos
Qualquer algarismo diferente de zero significativo1,234 kg 4 algarismos significativos
Os zeros entre algarismos diferentes de zero, so significativos606 m 3 algarismos significativos
Os zeros esquerda do primeiro algarismo diferente de zero no so significativos
0,08 L 1 algarismo significativo Se um nmero maior que 1, ento todos os zeros direita da vrgula so significativos
2,0 mg 2 algarismos significativos Se um nmero menor que 1, ento apenas os zeros do fim e entre algarismos diferentes de zero que so significativos
0,00420 g 3 algarismos significativos
-
8Algarismos significativos
FundamentosFundamentos
89,3321,1+
90,432 arredonda para 90,4um algarismo significativo a seguir vrgula
3,70-2,91330,7867
dois algarismos significativos a seguir vrgula
arredonda para 0,79
Adio ou Subtraco
O resultado no pode ter mais algarismos direita da vrgulado que qualquer uma das parcelas.
Algarismos significativos
FundamentosFundamentos
Multiplicao ou diviso
O nmero de algarismos significativos do resultado determinado pela parcela que tem o menor nmero de algarismos significativos
4,51 x 3,6666 = 16,536366
3 alg sig arredonda para3 alg sig
6,8 112,04 = 0,0606926
2 alg sig arredonda para2 alg sig
= 16,5
= 0,061
Periodicidade dos elementos : A Tabela peridica
FundamentosFundamentos
As propriedades dos elementos variam de uma maneira peridica
A estrutura electrnica do tomo
FundamentosFundamentos
O modelo mais simples do tomo modelo de Bohr
Os electres circulam em torno do ncleo em orbitais
Os orbitais tm valores fixos de energia designados por nveis qunticos
Nils Bohr1865-1962
Modelo actual modelo de Schrdinger
Descrio dos electres como ondas transportando informao acerca da probabilidade de encontrar o electro numa regio do espao
-
9A equao de onda de Schrdinger
FundamentosFundamentos
Em 1926 Schrdinger escreveu uma equao que descrevia o electro quer como onda quer como partcula.
Schrdinger1887-1961
A equao de Schrdinger s pode ser resolvida exactamente para o tomo de hidrognio.Para sistema multi-electrnicos o seu resultado aproximado.
A equao de onda () descreve :1. A energia de um electro associado a 2. A probabilidade de encontrar o electro num determinado volume de espao
= fn(n, l, ml, ms)
A equao de onda de Schrdinger
FundamentosFundamentos
= fn(n, l, ml, ms)Nmero quntico principal n
n = 1, 2, 3, 4, .
n = 1 n = 2 n = 3
Distncia do e- ao ncleo
A equao de onda de Schrdinger
FundamentosFundamentos
90% da densidadeelectrnica paraa orbital 1s
A densidade e- (orbital 1s) decai medida que a distncia ao ncleoaumenta
A equao de onda de Schrdinger
FundamentosFundamentos
= fn(n, l, ml, ms)Nmero quntico de momento angular l
Para um dado valor de n, l = 0, 1, 2, 3, n-1
n = 1, l = 0n = 2, l = 0 ou 1
n = 3, l = 0, 1, ou 2
l = 0 orbital sl = 1 orbital pl = 2 orbital dl = 3 orbital f
Forma do volume que a densidade e- ocupa
-
10
A equao de onda de Schrdinger
FundamentosFundamentos
l = 0 (orbitais s) l = 1 (orbitais p)
l = 2 (orbitais d)
A equao de onda de Schrdinger
FundamentosFundamentos
= fn(n, l, ml, ms)nmero quntico magntico ml
para um dado valor de lml = -l, ., 0, . +l
orientao da orbital no espao
se l = 1 (orbital p), ml = -1, 0, ou 1se l = 2 (orbital d), ml = -2, -1, 0, 1, ou 2
A equao de onda de Schrdinger
FundamentosFundamentos
ml = -1 ml = 0 ml = 1
ml = -2 ml = -1 ml = 0 ml = 1 ml = 2
A equao de onda de Schrdinger
FundamentosFundamentos
= fn(n, l, ml, ms)
nmero quntico de spin ms
ms = + ou -
ms = -ms = +
-
11
A equao de onda de Schrdinger
FundamentosFundamentos
A existncia (e a energia) do electro no tomo descrita pela sua funo de onda nica.
Princpio de excluso de Pauli no podemexistir dois electres num tomo com os mesmosquatro nmeros qunticos.
= fn(n, l, ml, ms)A equao de onda de Schrdinger
FundamentosFundamentos
= fn(n, l, ml, ms)Camada electres com o mesmo valor de n
Subcamada electres com os mesmos valores de n e l
Orbital electres com os mesmos valores de n, l, e ml
Quantos electres podem existir numa orbital?
Se n, l, e ml forem fixos, ento ms = or -
= (n, l, ml, ) ou = (n, l, ml, -)Uma orbital pode conter 2 electres
Orbitais e configurao electrnica
FundamentosFundamentos
Quantas orbitais 2p existem num tomo?
2p
n=2
l = 1
Se l = 1, ento ml = -1, 0, or +1
3 orbitais
Quantos electres podem ser colocados nasubcamada 3d?
3d
n=3
l = 2
Se l = 2, ento ml = -2, -1, 0, +1, ou +2
5 orbitais que podem conter um total de10 e-
Orbitais e configurao electrnica
FundamentosFundamentos
Energia das orbitais num tomo monoelectrnico
A energia dependeapenas do nmeroquntico principal nEn = -RH( )
1n2
n=1
n=2
n=3n=4
-
12
Orbitais e configurao electrnica
FundamentosFundamentos
Energia das orbitais num tomo multi-electrnico
Energiadepende de
n e l
n=1 l = 0
n=2 l = 0 n=2 l = 1
n=3 l = 0n=3 l = 1
n=3 l = 2
Orbitais e configurao electrnica
FundamentosFundamentos
Preenchimento pelas orbitais de mais baixa energia(Princpio Aufbau)
H 1 electroH 1s1
He 2 electresHe 1s2
Li 3 electresLi 1s22s1
Be 4 electresBe 1s22s2
B 5 electresB 1s22s22p1C 6 electres
? ?
Orbitais e configurao electrnica
FundamentosFundamentos
O arranjo mais estvel dos electres nassubcamadas aquele que corresponde ao maiornmero de spins paralelos (regra de Hund).
C 6 electres
C 1s22s22p2N 7 electres
N 1s22s22p3O 8 electres
O 1s22s22p4F 9 electres
F 1s22s22p5Ne 10 electresNe 1s22s22p6
Orbitais e configurao electrnica
FundamentosFundamentos
Ordem de preenchimento das orbitais em tomos multi-electrnicos
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s
-
13
Orbitais e configurao electrnica
FundamentosFundamentos
1s1n qunticoprincipal n
n quntico de momentoangular l
nmero de electresna orbital ou subcamada
Diagrama orbital H1s1
Configurao electrnica a maneira como esto distribudos os electres nas vrias orbitais atmicas num tomo.
Orbitais e configurao electrnica
FundamentosFundamentos
Qual a configurao electrnica do Mg?Mg 12 electres1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s 1s22s22p63s2 2 + 2 + 6 + 2 = 12 electresAbreviado como [Ne]3s2 [Ne] 1s22s22p6
Quais so os ns qunticos possveis para o ltimoelectro do Cl?
Cl 17 electres 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s 1s22s22p63s23p5 2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17 electresltimo electro adicionado orbital 3pn = 3 l = 1 ml = -1, 0, or +1 ms = or -
Configurao electrnica e tabela peridica
FundamentosFundamentos
Subcamadas mais externas a serem preenchidas com electres
Configurao electrnica do estado fundamental
FundamentosFundamentos
ns1
ns2
ns2 n
p1
ns2 n
p2
ns2 n
p3
ns2 n
p4
ns2 n
p5
ns2 n
p6
d1 d5 d10
4f
5f
-
14
Classificao dos elementos
FundamentosFundamentos
Elementos Elementos representativosrepresentativos
Gases NobresGases Nobres
Metais Metais de transide transioo
ZincoZincoCCdmiodmioMercMercriorio
LantanLantandeosdeos
ActinActindeosdeos
Configurao electrnica de caties e anies
FundamentosFundamentos
Na [Ne]3s1 Na+ [Ne]
Ca [Ar]4s2 Ca2+ [Ar]
Al [Ne]3s23p1 Al3+ [Ne]
Os tomos perdem electres de modo a que o catio adquira a configurao do gs nobre.
H 1s1 H- 1s2 or [He]F 1s22s22p5 F- 1s22s22p6 or [Ne]O 1s22s22p4 O2- 1s22s22p6 or [Ne]N 1s22s22p3 N3- 1s22s22p6 or [Ne]
Os tomos ganham electres de modo a que o anio adquira a configurao do gs nobre.
Caties e anies dos elementos representativos
FundamentosFundamentos
+ 1
+ 2
+ 3 -3 -2 -1
Configurao electrnica caties de metais de transio
FundamentosFundamentos
Quando se forma um catio a partir de um tomo de um metal de transio os primeiros electres a serem removidos so os da orbital ns e s em seguida se removem os das orbitais (n 1)d.
Fe: [Ar]4s23d6
Fe2+: [Ar]4s03d6 ou [Ar]3d6
Fe3+: [Ar]4s03d5 ou [Ar]3d5
Mn: [Ar]4s23d5
Mn2+: [Ar]4s03d5 ou [Ar]3d5
-
15
Carga nuclear efectiva (Zef): carga positiva sentida pelo electro
FundamentosFundamentos
Na
Mg
Al
Si
11
12
13
14
10
10
10
10
1
2
3
4
186
160
143
132
ZefCintZ Raio
Zef = Z - 0 < < Z ( = constante de blindagem) Zef Z nmero de electres da camada interna Cint
Carga nuclear efectiva (Zef): carga positiva sentida pelo electro
FundamentosFundamentos
Carga nuclear efectiva (Zef)
Raio Atmico
FundamentosFundamentos
Variao do raio atmico
FundamentosFundamentos
-
16
Variao do raio atmico
FundamentosFundamentos
Comparao de raios atmicos e raios inicos
FundamentosFundamentos
Comparao de raios atmicos e raios inicos
FundamentosFundamentos
O Catio sempre menor que o tomoque lhe deu origem.O Anio i sempre maior que o tomoque lhe deu origem.
Variao do raio inico
FundamentosFundamentos
-
17
Classificao dos elementos
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
Elementos Elementos representativosrepresentativos
Gases NobresGases Nobres
Metais Metais de transide transioo
ZincoZincoCCdmiodmioMercMercriorio
LantanLantandeosdeos
ActinActindeosdeos
Configurao electrnica de caties e anies
Na [Ne]3s1 Na+ [Ne]
Ca [Ar]4s2 Ca2+ [Ar]
Al [Ne]3s23p1 Al3+ [Ne]
Os tomos perdem electres de modo a que o catio adquira a configurao do gs nobre.
H 1s1 H- 1s2 or [He]F 1s22s22p5 F- 1s22s22p6 or [Ne]O 1s22s22p4 O2- 1s22s22p6 or [Ne]N 1s22s22p3 N3- 1s22s22p6 or [Ne]
Os tomos ganham electres de modo a que o anio adquira a configurao do gs nobre.
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
Caties e anies dos elementos representativos
+ 1
+ 2
+ 3 -3 -2 -1
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
Configurao electrnica caties de metais de transio
Quando se forma um catio a partir de um tomo de um metal de transio os primeiros electres a serem removidos so os da orbital ns e s em seguida se removem os das orbitais (n 1)d.
Fe: [Ar]4s23d6
Fe2+: [Ar]4s03d6 ou [Ar]3d6
Fe3+: [Ar]4s03d5 ou [Ar]3d5
Mn: [Ar]4s23d5
Mn2+: [Ar]4s03d5 ou [Ar]3d5
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
-
18
Carga nuclear efectiva (Zef): carga positiva sentida pelo electro
Na
Mg
Al
Si
11
12
13
14
10
10
10
10
1
2
3
4
186
160
143
132
ZefCintZ Raio
Zef = Z - 0 < < Z ( = constante de blindagem) Zef Z nmero de electres da camada interna Cint
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
Carga nuclear efectiva (Zef): carga positiva sentida pelo electro
Carga nuclear efectiva (Zef)
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
Raio Atmico
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
Variao do raio atmico
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
-
19
Variao do raio atmico
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
Comparao de raios atmicos e raios inicos
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
Comparao de raios atmicos e raios inicos
O Catio sempre menor que o tomoque lhe deu origem.O Anio i sempre maior que o tomoque lhe deu origem.
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
Variao do raio inico
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
-
20
Energia de Ionizao
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
Energia de ionizao a energia mnima (kJ/mol) necessria para remover um electro de um tomo no estado gasoso no seu estado fundamental.
I1 + X (g) X+(g) + e-
I2 + X (g) X2+(g) + e-
I3 + X (g) X3+(g) + e-
I1 1 energia de ionizao
I2 2 energia de ionizao
I3 3 energia de ionizao
I1 < I2 < I3
Energia de Ionizao
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
Energias de ionizao (kJ/mol) dos 1os 20 elementos
Variao da 1 energia de ionizao com o n atmico
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
Prim
eria
Prim
eria
ener
gia
de
ener
gia
de io
niza
ioni
za
oo(k
J/(k
J/m
olm
ol))
NNmero atmero atmico (Z)mico (Z)
Preenchida camada n=1Preenchida camada n=2
Preenchida camada n=3Preenchida camada n=4
Preenchida camada n=5
Tendncia geral para a 1 energia de ionizao
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
Aumenta 1 energia ionizao
Aum
enta
1en
ergi
aio
niza
o
-
21
Afinidade Electrnica
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
Afinidade electrnica o negativo da diferena de energia que ocorre quando um electro aceite por um tomo no estado gasoso para formar um anio.
X (g) + e- X-(g)
F (g) + e- X-(g)
O (g) + e- O-(g)
H = -328 kJ/mol AE = +328 kJ/molH = -141 kJ/mol AE = +141 kJ/mol
Afinidade electrnica
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
Afinidade electrnica (kJ/mol) de alguns elementos representativos e dos gases nobres
* As afinidades electr* As afinidades electrnicas dos gases nobres, nicas dos gases nobres, BeBe e e MgMg no foram determinadas experimentalmente, no foram determinadas experimentalmente, mas acreditamas acredita--se que sejam prse que sejam prximas de zero.ximas de zero.
Afinidade electrnica versus n atmico
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
Afin
idad
e el
ectr
Afin
idad
e el
ectr
nic
a (k
J/ni
ca (k
J/m
olm
ol))
NNmero atmero atmico (Z)mico (Z)
Relaes diagonais na tabela peridica
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
-
22
Elementos do grupo 1A (ns1, n 2)
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
M M+1 + 1e-
2M(s) + 2H2O(l) 2MOH(aq) + H2(g)
4M(s) + O2(g) 2M2O(s)
Aum
ento
dare
activ
idad
e
Elementos do grupo 2A (ns2, n 2)
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
M M+2 + 2e-
Be(s) + 2H2O(l) No Reaction
Mg(s) + 2H2O(g) Mg(OH)2(aq) + H2(g)
M(s) + 2H2O(l) M(OH)2(aq) + H2(g) M = Ca, Sr, or Ba
Aum
ento
dare
activ
idad
e
Elementos do grupo 3A (ns2np1, n 2)
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
4Al(s) + 3O2(g) 2Al2O3(s)
2Al(s) + 6H+(aq) 2Al3+(aq) + 3H2(g)
Elementos do grupo 4A (ns2np2, n 2)
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
Sn(s) + 2H+(aq) Sn2+(aq) + H2 (g)
Pb(s) + 2H+(aq) Pb2+(aq) + H2 (g)
-
23
Elementos do grupo 5A (ns2np3, n 2)
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
N2O5(s) + H2O(l) 2HNO3(aq)
P4O10(s) + 6H2O(l) 4H3PO4(aq)
Elementos do grupo 6A (ns2np4, n 2)
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
SO3(g) + H2O(l) H2SO4(aq)
Elementos do grupo 7A (ns2np5, n 2)
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
X + 1e- X-1
X2(g) + H2(g) 2HX(g)
Aum
ento
dare
activ
idad
e
Elementos do grupo 8A (ns2np5, n 2)
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
Subcamadas ns and np completamente preenchidas. Energia de ionizao mais elevada de todos oselementos.No tm tendncia para aceitar electres extra.
-
24
Propriedades dos xidos ao longo do perodo
Propriedades periPropriedades peridicasdicas
bsico cido
Algumas propriedades de xidos de elementos do terceiro perodo
LigaLigao quo qumica I mica I conceitos bconceitos bsicossicos
Electres de valncia
LigaLigao quo qumica I mica I conceitos bconceitos bsicossicos
Electres de valncia so os electres da camadaexterior de um tomo. So os electres de valncia queparticipam nas ligaes qumicas.
1A 1ns12A 2ns2
3A 3ns2np14A 4ns2np25A 5ns2np36A 6ns2np47A 7ns2np5
Grupo # e- de valnciaconfigurao e-
Representao por pontos de Lewis
LigaLigao quo qumica I mica I conceitos bconceitos bsicossicos
-
25
A ligao inica
LigaLigao quo qumica I mica I conceitos bconceitos bsicossicos
Li + F Li+ F -1s22s11s22s22p5 1s21s22s22p6[He][Ne]
Li Li+ + e-
e- + F F -
F -Li+ + Li+ F -
Energia de rede
LigaLigao quo qumica I mica I conceitos bconceitos bsicossicos
Energia de rede (E) a energia necessria para separar por completouma mole de um composto inico slido em ies gasosos.
E = kQ+Q-r
Q+ carga do catio
Q- carga do anio
r distncia entre ies
Energia de rede (E) aumenta quando Q
aumenta e/our diminui.
Comp. Energia de redeMgF2MgO
LiF
LiCl
2957
3938
1036
853
Q= +2,-1
Q= +2,-2
r F < r Cl
9.3
A ligao covalente
LigaLigao quo qumica I mica I conceitos bconceitos bsicossicos
Uma ligao covalente uma ligao qumica em quedois ou mais electres so partilhados por dois tomos.O que leva dois tomos a partilhar electres?
F F+
7e- 7e-
F F
8e- 8e-
F F
F F
Estrutura de Lewis do F2
ligao covalente simples
Ligao covalente simplesPar e- no
partilhadoPar e- nopartilhado
Par e- nopartilhado
Par e- nopartilhado
-
26
A ligao covalente
LigaLigao quo qumica I mica I conceitos bconceitos bsicossicos
8e-H HO+ + OH H O HHor
2e- 2e-
Estrutura de Lewis da gua Ligaes covalentes simples
Ligao dupla dois tomos partilham dois pares de electres
O C O ou O C O
8e- 8e-8e-Ligaes duplas Ligaes duplas
Ligao tripla dois tomos partilham trs pares de electres
N N8e-8e-
N N
Ligao triplaLigao tripla
ou
Comprimento das ligaes covalentes
LigaLigao quo qumica I mica I conceitos bconceitos bsicossicos
116CN138C=N143C-N
120CC133C=C154C-C
(pm)Tipo
ligao
Comprimento ligaoLigao tripla < ligao dupla < ligao simples
Ligaes covalentes versus ligaes inicas
LigaLigao quo qumica I mica I conceitos bconceitos bsicossicos
Comparao de algumas propriedades de um composto inico e de um composto covalente
Polaridade das ligaes covalentes
LigaLigao quo qumica I mica I conceitos bconceitos bsicossicos
Ligao polar covalente ou ligao polar umaligao covalente com maior densidade electrnica emredor de um dos tomos.
H F FH
maior densidadeelectrnicamenor densidadeelectrnica e- altae- baixa
+ -
-
27
Polaridade das ligaes covalentes - Electronegatividade
LigaLigao quo qumica I mica I conceitos bconceitos bsicossicos
Afinidade Electrnica - mensurvel, Cl tem a mais alta
Electronegatividade - relativa, F tem a mais alta
X (g) + e- X-(g)
Electronegatividade a capacidade que um tomo tem de atrair para si os electres numa ligao qumica.
Electronegatividade dos elementos mais comuns
LigaLigao quo qumica I mica I conceitos bconceitos bsicossicos
Electronegatividade crescente
Elec
trone
gativ
idad
ecr
esce
nte
Variao da Electronegatividade com o n atmico
LigaLigao quo qumica I mica I conceitos bconceitos bsicossicos
Elec
tron
egat
ivid
ade
Elec
tron
egat
ivid
ade
NNmero atmero atmico (Z)mico (Z)
Classificao por diferena de electronegatividade
LigaLigao quo qumica I mica I conceitos bconceitos bsicossicos
Covalente
Partilha de e-
Covalente Polar
Transferncia parcial de e-
Inica
Transferncia de e-
Diferena de electronegatividade crescente
Diferena Tipo de ligao
0 Covalente 2 Inica
0 < e
-
28
Classificao por diferena de electronegatividade
LigaLigao quo qumica I mica I conceitos bconceitos bsicossicos
Classifique as seguintes ligaes como inica, covalente polar, oucovalente: CsCl; H2S; e a ligao NN em H2NNH2.
Cs 0.7 Cl 3.0 3.0 0.7 = 2.3 Inica
H 2.1 S 2.5 2.5 2.1 = 0.4 Covalente Polar
N 3.0 N 3.0 3.0 3.0 = 0 Covalente
Escrita de estruturas de Lewis
LigaLigao quo qumica I mica I conceitos bconceitos bsicossicos
1. Desenhe uma estrutura em esqueleto do compostomostrando que tomos esto ligados entre si. Coloque o elemento menos electronegativo no centro.
2. Conte o nmero total de e- de valncia. Adicione 1 porcada carga negativa. Subtraia 1 por cada carga positiva.
3. Complete um octeto para todos os tomos exceptohidrognio.
4. Se a estrutura tiver demasiados electres, forme as ligaes duplas e triplas necessrias com o tomo central.
Escrita de estruturas de Lewis
LigaLigao quo qumica I mica I conceitos bconceitos bsicossicos
Desenhe a estrutura de Lewis do trifluoreto de azoto (NF3)Passo 1 N menos electronegativo que F, ponha N no centro
Passo 2 Conte os electres de valncia N - 5 (2s22p3) e F - 7 (2s22p5)
Passo 3 Desenhe ligaes simples entre os tomos de N e F e complete os octetos nos tomos de N e F.
Passo 4 - Verifique se n de e- na estrutura igual ao n de e- de valncia
3 ligaes simples (3x2) + 10 pares e- no partilhados(10x2) = 26 electres devalncia
5 + (3 x 7) = 26 electres valncia
F N F
F
Desenhe a estrutura de Lewis do io carbonato (CO32-).
Passo 1 C menos electronegativo que O, ponha C no centro
O C O
O
Passo 2 Conte os electres de valncia C - 4 (2s22p2) e O - 6 (2s22p4)carga -2 2e-
4 + (3 x 6) + 2 = 24 electres de valncia
Passo 3 Desenhe ligaes simples entre os tomos de C e O e complete os octetos nos tomos de C e O.
Passo 4 - Verifique se o n de e- na estrutura igual ao n de e- de valncia :3 ligaes simples (3x2) + 10 pares e- nopartilhados (10x2) =26 electres de valncia
9.6
Passo 5 - demasiados e- , desenhe ligaes duplas e volte a verificaro n de e-
2 ligaes simples (2x2) = 4
1 ligao dupla = 48 pares e- no partilhados (8x2) = 16
Total = 24
-
29
Cargas formais e estruturas de Lewis
LigaLigao quo qumica I mica I conceitos bconceitos bsicossicos
A carga formal de um tomo a diferena entre o n de electresde valncia do tomo isolado e o n de electres atribudos a essetomo numa estrutura de Lewis.
Carga formal de um tomonuma estruturade Lewis
=1
2
N total de electresligantes( )
N total de electres de valncia no tomo livre
-N total de electres noligantes
-
A soma das cargas formais dos tomos numa molcula ou io devemigualar a carga da molcula ou io.
Cargas formais e estruturas de Lewis
LigaLigao quo qumica I mica I conceitos bconceitos bsicossicos
1. Para molculas neutras, prefervel uma estrutura de Lewis na qualno existam cargas formais.
2. Estruturas de Lewis com cargas formais elevadas so menosplausveis do que estruturas com cargas formais mais baixas.
3. Entre estruturas de Lewis que tenham distribuies de cargasformais semelhantes mais plausvel a estrutura na qual as cargasformais negativas esto colocadas nos tomos maiselectronegativos.
Qual a estrutura de Lewis mais plausvel para CH2O?
H C O HH
C OH
Cargas formais e estruturas de Lewis
LigaLigao quo qumica I mica I conceitos bconceitos bsicossicos
H C O HC 4 e-O 6 e-
2H 2x1 e-12 e-
2 lig. simples (2x2) = 41 lig. dupla = 4
2 pares e- (2x2) = 4Total = 12
-1 +1
Carga formal no C = 4 -2 - x 6 = -1
Carga formal no O = 6 -2 - x 6 = +1
Carga formal de um tomonuma estruturade Lewis
=1
2
N total de electresligantes( )
N total de electres de valncia no tomo livre
-N total de electres noligantes
-
Cargas formais e estruturas de Lewis
LigaLigao quo qumica I mica I conceitos bconceitos bsicossicos
Carga formal de um tomonuma estruturade Lewis
=1
2
N total de electresligantes( )
N total de electres de valncia no tomo livre
-N total de electres noligantes
-
Carga formal no C = 4 -0 - x 8 = 0
Carga formal no O = 6 -4 - x 4 = 0
C 4 e-O 6 e-
2H 2x1 e-12 e-
2 lig. simples (2x2) = 41 lig. dupla = 4
2 pares e- (2x2) = 4Total = 12
HC O
H
0 0
-
30
Estruturas de ressonncia
LigaLigao quo qumica I mica I conceitos bconceitos bsicossicos
Quando uma molcula no pode ser representada correctamenteapenas por uma estrutura de Lewis podem utilizar-se duas ou maisestruturas que se denominam estruturas de ressonncia.
O O O+ -
OOO+-
O C O
O
- - O C O
O
-
-
OCO
O
-
-
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
Teoria da repulso electrnica dos pares de e- da camada de valncia
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
Valence shell electron pair repulsion (VSEPR)
Prediz a geometria de uma molcula com base narepulso electrosttica entre pares de electres (ligantese no ligantes).
AB2 2 0
Classe
# de tomosligados ao
tomo central
# pares de e-no
partilhadosArranjo dos pares
de e-Geometriamolecular
linear linear
B B
Teoria da repulso electrnica dos pares de e- da camada de valncia
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
Cl ClBe
2 tomos ligados ao tomo central0 pares e- no partilhados no tomo central
Cloreto de Berlio
-
31
Teoria da repulso electrnica dos pares de e- da camada de valncia
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
AB2 2 0 linear linear
AB3 3 0planar trigonal
planar trigonal
Classe
# de tomosligados ao
tomo central
# pares de e-no
partilhadosArranjo dos pares
de e-Geometriamolecular
Teoria da repulso electrnica dos pares de e- da camada de valncia
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
Trifluoreto de Boro
TRPECV
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
AB2 2 0 linear linear
AB3 3 0planar trigonal
planar trigonal
Classe
# de tomosligados ao
tomo central
# pares de e-no
partilhadosArranjo dos pares
de e-Geometriamolecular
AB4 4 0 tetraedrica tetraedrica
Teoria da repulso electrnica dos pares de e- da camada de valncia
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
Metano
TetraedricaTetraedrica
-
32
TRPECV
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
AB2 2 0 linear linear
AB3 3 0planar trigonal
planar trigonal
Classe
# de tomosligados ao
tomo central
# pares de e-no
partilhadosArranjo dos pares
de e-Geometriamolecular
AB4 4 0 tetraedrica tetraedrica
AB5 5 0bipiramidal
trigonalbipiramidal
trigonal
Teoria da repulso electrnica dos pares de e- da camada de valncia
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
Pentacloreto de Fsforo
BipiramidalBipiramidalTrigonalTrigonal
TRPECV
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
AB2 2 0 linear linear
AB3 3 0planar trigonal
planar trigonal
Classe
# de tomosligados ao
tomo central
# pares de e-no
partilhadosArranjo dos pares
de e-Geometriamolecular
AB4 4 0 tetraedrica tetraedrica
AB5 5 0bipiramidal
trigonalbipiramidal
trigonal
AB6 6 0 octadricaoctadrica
Teoria da repulso electrnica dos pares de e- da camada de valncia
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
Hexafluoreto de Enxofre
OctaOctadricadrica
-
33
TRPECV
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
TRPECV
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
par ligante vs.par ligante
par no partilhado vs. par no partilhado
par no partilhado vs. par ligante> >
Tiporepulso
TRPECV
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
Classe
# de tomosligados ao
tomo central
# pares de e-no
partilhadosArranjo dos pares
de e-Geometriamolecular
AB3 3 0
AB2E 2 1trigonalplanar no linear
trigonalplanar
trigonalplanar
TRPECV
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
Classe
# de tomosligados ao
tomo central
# pares de e-no
partilhadosArranjo dos pares
de e-Geometriamolecular
AB3E 3 1
AB4 4 0 tetraedrica tetraedrica
tetraedrica piramidaltrigonal
-
34
TRPECV
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
Classe
# de tomosligados ao
tomo central
# pares de e-no
partilhadosArranjo dos pares
de e-Geometriamolecular
AB3E 3 1
AB4 4 0 tetraedrica tetraedrica
tetraedrica piramidaltrigonal
AB2E2 2 2 tetraedrica dobrada
HO
H
TRPECV
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
Classe
# de tomosligados ao
tomo central
# pares de e-no
partilhadosArranjo dos pares
de e-Geometriamolecular
AB5 5 0bipiramidal
trigonalbipiramidal
trigonal
AB4E 4 1bipiramidal
trigonaltetraedrodistorcido
TRPECV
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
Classe
# de tomosligados ao
tomo central
# pares de e-no
partilhadosArranjo dos pares
de e-Geometriamolecular
AB5 5 0bipiramidal
trigonalbipiramidal
trigonal
AB4E 4 1bipiramidal
trigonaltetraedrodistorcido
AB3E2 3 2bipiramidal
trigonal Forma -T
ClF
F
F
TRPECV
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
Classe
# de tomosligados ao
tomo central
# pares de e-no
partilhadosArranjo dos pares
de e-Geometriamolecular
AB5 5 0bipiramidal
trigonalbipiramidal
trigonal
AB4E 4 1bipiramidal
trigonaltetraedrodistorcido
AB3E2 3 2bipiramidal
trigonal Forma -T
AB2E3 2 3linearI
I
I
bipiramidaltrigonal
-
35
TRPECV
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
Classe
# de tomosligados ao
tomo central
# pares de e-no
partilhadosArranjo dos pares
de e-Geometriamolecular
AB6 6 0 octadricooctadrico
AB5E 5 1 octadricopiramidal
quadrangular
Br
F F
FF
F
TRPECV
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
Classe
# de tomosligados ao
tomo central
# pares de e-no
partilhadosArranjo dos pares
de e-Geometriamolecular
AB6 6 0 octadricooctadrico
AB5E 5 1 octadricopiramidal
quadrangular
AB4E2 4 2 octadricoquadrangular
planar
Xe
F F
FF
10.1
Prever a geometria molecular
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
1. Desenhe a estrutura de Lewis da molcula
2. Conte o n de pares de e- no partilhados no tomo central e o n de tomos ligados ao tomo central.
3. Utilize a TRPECV para prever a geometria da molcula.
Qual a geometria molecular do SO2 e do SF4?
SO O
AB2E
no linearS
F
F
F F
AB4E
tetraedrodistorcido
-
36
Momentos dipolares e molculas polares
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
H F
alta densidadeelectrnicabaixa densidadeelectrnica
+ = Q x rQ a cargar a distncia entre cargas1 D = 3.36 x 10-30 C m
Comportamento das molculas polares
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
Momentos dipolares e molculas polares
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
Momento dipolarresultante = 1.46 D
Momento dipolarresultante = 0.24 D
Momentos dipolares e molculas polares
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
Quais das seguintes molculas possuem um momento dipolar ?H2O, CO2, SO2, e CH4
O HHtem momento dipolar
molcula polar
SO O
CO O
no tem momento dipolar molcula no polar
tem momento dipolarmolcula polar
C
H
H
HH
no tem dipolar momentomolcula no polar
-
37
Momentos dipolares e molculas polares
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
O CH2Cl2 tem um momento dipolar?
Momentos dipolares e molculas polares
LigaLigao quo qumica II mica II geometria moleculargeometria molecular
10.2
Chemistry In Action: Microwave Ovens
Teoria das orbitais de valncia
LigaLigao quo qumica II mica II hibridahibridaoo
Como que a teoria de Lewis explica as ligaes em H2 e F2?
Atravs da partilha de dois electres entre dois tomos.
Energia de Dissociao comprimento ligao
H2
F2
436.4 kJ/mol
150.6 kJ/mol
74 pm
142 pm
Sobreposio de
2 1s
2 2p
Teoria das orbitais de valncia as ligaes so formadaspela partilha de electres atravs da sobreposio de orbitais atmicas.
-
38
Teoria das orbitais de valncia
LigaLigao quo qumica II mica II hibridahibridaoo
VariaVariao da energia potencial de dois o da energia potencial de dois tomos de Htomos de H
Teoria das orbitais de valncia
LigaLigao quo qumica II mica II hibridahibridaoo
VariaVariao da densidade o da densidade electrelectrnicanicaCom a aproximaCom a aproximao de o de dois dois tomos de Htomos de H
Teoria das orbitais de valncia
LigaLigao quo qumica II mica II hibridahibridaoo
Teoria das orbitais de valncia e NH3N 1s22s22p3
3 H 1s1
Se as ligaes se formam pela sobreposio de 3 orbitais 2p do azotocom a orbital 1s de cada tomo de hidrognio, qual ser a geometriamolecular do NH3?
As 3 orbitais2p prevem 900
O ngulo actual H-N-H de 107.30
Hibridao
LigaLigao quo qumica II mica II hibridahibridaoo
Hibridao mistura de duas ou mais orbitais atmicaspara formar uma nova srie de orbitais hibridas.
1. Misture pelo menos 2 orbitais atmicas no equivalentes (ex. s e p). As orbitais hbridas tm formas muito distintas das orbitais originais.
2. O numero de orbitais hbridas igual ao nmero de orbitaisatmicas puras utilizadas no processo de hibridao.
3. As ligaes covalentes so formadas por:
a. Sobreposio de orbitais hbridas com orbitais atmicas.
b. Sobreposio de orbitais hbridas com outras orbitais hbridas.
-
39
Hibridao
LigaLigao quo qumica II mica II hibridahibridaoo
FormaFormaoo de de orbitaisorbitais hhbridasbridas spsp33
HibridaHibridaoo
Hibridao
LigaLigao quo qumica II mica II hibridahibridaoo
FormaFormaoo de de ligaligaeses covalentescovalentes
Hibridao
LigaLigao quo qumica II mica II hibridahibridaoo
HibridaHibridaoo spsp33 do do tomotomo de N de N emem NHNH33
Prev ngulo de ligao correcto
Hibridao
LigaLigao quo qumica II mica II hibridahibridaoo
FormaFormaoo de de orbitaisorbitais hhbridasbridas spsp
-
40
Hibridao
LigaLigao quo qumica II mica II hibridahibridaoo
FormaFormaoo de de orbitaisorbitais hhbridasbridas spsp22Hibridao
LigaLigao quo qumica II mica II hibridahibridaoo
Como prever a hibridao do tomo central?Conte o n de pares de e- no partilhados E o n de tomos ligados ao tomocentral
# pares nopartilhados +
# tomos ligados Hibridao Exemplos
2
3
4
5
6
sp
sp2
sp3
sp3d
sp3d2
BeCl2
BF3
CH4, NH3, H2O
PCl5
SF6
Hibridao
LigaLigao quo qumica II mica II hibridahibridaoo
Hibridao sp2 do tomo de carbono
-
41
Hibridao
LigaLigao quo qumica II mica II hibridahibridaoo
Orbital 2pz perpendicular ao plano das orbitais hbridas
Hibridao
LigaLigao quo qumica II mica II hibridahibridaoo
Ligao no etileno
Ligao sigma () densidadeelectrnicaentre os doistomos
Ligao Pi () densidadeelectrnica acima e abaixo do plano dos ncleos dos tomosda ligao
Hibridao
LigaLigao quo qumica II mica II hibridahibridaoo
Hibridao
LigaLigao quo qumica II mica II hibridahibridaoo
Hibridao sp do tomo de carbono
-
42
Hibridao
LigaLigao quo qumica II mica II hibridahibridaoo
Ligaes sigma () e ligaes pi ()
LigaLigao quo qumica II mica II hibridahibridaoo
Ligao simples 1 ligao sigma
Ligao dupla 1 ligao sigma e 1 ligao pi
Ligao tripla 1 ligao sigma e 2 ligaes pi
Quantas ligaes e existem na molcula de cidoactico (vinagre) CH3COOH?
C
H
H
CH
O
O HLigaes = 6 + 1 = 7Ligaes = 1
Teoria das orbitais moleculares - TOM
LigaLigao quo qumica II mica II TOMTOM
Teoria das orbitais moleculares as ligaes so formadasatravs da interaco de orbitais atmicas para formarorbitais moleculares.
O
O
nenhum e-desemparelhado
Devia ser diamagntico
Experincias mostram que O2 paramagntico NNveisveis de de energiaenergia dasdas orbitaisorbitais molecularesmoleculares liganteligante e e nono liganteligante parapara o o hidroghidrognionio (H(H22).).
Uma orbital molecular ligante tem menor energia e maior estabilidadeque as orbitais moleculares que lhe deram origem.
Uma orbital molecular antiligante tem maior energia e menorestabilidade que as orbitais atmicas a partir das quais foi formada.
Teoria das orbitais moleculares
LigaLigao quo qumica II mica II TOMTOM
-
43
Teoria das orbitais moleculares
LigaLigao quo qumica II mica II TOMTOM
Interaco entre 2 orbitais p e respectivas OM
LigaLigao quo qumica II mica II TOMTOM
Molculas diatmicas homonucleares 2 perodo
LigaLigao quo qumica II mica II TOMTOM
LiLi22, Be, Be22, B, B22, C, C22 e Ne N22
Configurao das Orbitais Moleculares
LigaLigao quo qumica II mica II TOMTOM
1. O nmero de orbitais molecular (OMs) formado sempre igual aonmero de orbitais atmicas combinadas.
2. Quanto mais estvel for a OM ligante, menos estvel ser a correspondente OM anti-ligante.
3. O preenchimento das OMs feito das orbitais de mais baixaenergia para as de mais alta energia.
4. Cada OM pode acomodar at dois electres.
5. A regra de Hund utilizada quando se adicionam electres a OMs com a mesma energia.
6. O nmero de electres nas OMs igual soma de todos oselectres nas orbitais atmicas.
-
44
Configurao das Orbitais Moleculares
LigaLigao quo qumica II mica II TOMTOM
Ordem deligao
12
N de e- nasOMs ligantes
N de e- nas OMs no ligantes( - )
Ordemligao 1 0
=
Configurao das Orbitais Moleculares
LigaLigao quo qumica II mica II TOMTOM
Orbitais Moleculares deslocalizadas
LigaLigao quo qumica II mica II TOMTOM
Orbitais moleculares deslocalizadasno esto confinadas entre doistomos adjacentes e estendem-se sobre 3 ou mais tomos.
Orbitais Moleculares deslocalizadas
LigaLigao quo qumica II mica II TOMTOM
A densidade electrnica na molcula benzeno.
-
45
Orbitais Moleculares deslocalizadas
LigaLigao quo qumica II mica II TOMTOM
A ligao na molcula de carbonato
Buckyball
LigaLigao quo qumica II mica II TOMTOM
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Fase
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Uma fase uma parte homognea de um sistema que se encontraem contacto com outras partes do sistema mas est separada delaspor uma fronteira bem definida.
2 fasesFase slida - geloFase lquida - gua
-
46
Foras intermoleculares vs intramoleculares
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Foras Intermoleculares so foras atractivas entre molculas.Foras Intramoleculares so as foras que sustm os tomos nas molculas.Intermolecular vs Intramolecular
41 kJ para vaporizar 1 mole de gua (inter)
930 kJ para quebrar todas as ligaes O-H numa mole de gua (intra)
Medida das foras intermolecularesPonto de ebulio
Ponto de fusoHvapHfusHsub
Geralmente, as forasintermoleculares somuito mais fracas queas forasintramoleculares.
Foras dpolo-dpolo
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Foras atractivas entre molculas polares
Orientao de Molculas Polares num Slido
Foras io-dpolo
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Foras atractivas entre um io e uma molcula polar
Interaco Io-Dpolo
Foras io-dpolo
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Interacoforte
Interacofraca
-
47
Foras de disperso
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Foras atractivas que resultam da induo de dpolostemporrios em tomo ou molculas.
Interaco io-dpolo induzido
Interaco dpolo-dpolo induzido
Foras de disperso
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Polarizabilidade a facilidade com que a distribuio electrnicanum tomo ou molcula pode ser distorcida.
A Polarizabilidade aumenta com:
aumento do nmero de electres
nuvens electrnicas mais difusas
As foras de dispersogeralmente aumentamcom a massa molar.
Foras de disperso
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Que tipo(s) de foras intermoleculares existem entre cada umadas seguintes molculas?
SO O
HBrHBr uma molcula polar : foras dpolo-dpolo. Existem tambmforas de disperso entre as molculas de HBr.
CH4CH4 apolar: foras de dispersio.
SO2SO2 uma molcula polar : foras dpolo-dpolo. Existem tambmforas de disperso entre as molculas de SO2.
Pontes de Hidrognio
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Uma ponte de hidrognio uma interaco dpolo-dpolo especial entre um tomo de hidrognio numa ligao polar N-H, O-H, ou F-H e um tomo electronegativo O, N, ou F.
A HB A HAou
A & B so N, O, ou F
-
48
Pontes de Hidrognio
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Pontes de Hidrognio
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Porque que a ponte de hidrognio considerada uma interacodpolo-dpolo especial?
Diminuio da massa molarAumento do ponto de ebulio
Propriedades dos lquidos
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Tenso superficial a quantidade de energia requerida para estenderou aumentar a superfcie de um lquido por uma unidade de rea.
Forasintermoleculares
fortes
TensoSuperficial
elevada
Propriedades dos lquidos
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Coeso a atraco intermolecular entre molculas semelhantesAdeso a atraco entre molculas diferentes
Adeso
Coeso
-
49
Propriedades dos lquidos
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Viscosidade mede a resistncia de um fludo to flow.
Forasintermoleculares
fortes
Viscosidadeelevada
A gua uma substncia nica
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Mxima densidade40CDensidade da gua
O gelo menos denso que a gua
A unidade de clula a unidade estrutural repetitiva bsica de um slidocristalino.
Propriedades dos slidos
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Um slido cristalino tem uma ordenao molecular rgida que se estende a longa distncia. Num slido cristalino, os tomos, as molculas ou os iesocupam posies especficas.
Um slido amorfo no possu um arranjo molecular bem definido nem umaordem molecular a longa distncia.
Unidade de clula Unidade de clula a 3 dimenses
Pontode rede
No ponto de rede
tomos
Molculas
Ies
Propriedades dos slidos Tipos de cristais
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Cristais inicos Pontos de rede ocupados por caties e anies Foras electrostticas mantm o cristal coeso Duros, brilhantes, e com elevado ponto de fuso Maus condutores de calor e electricidade
CsCl ZnS CaF2
-
50
Propriedades dos slidos Tipos de cristais
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Cristais covalentes Pontos de rede ocupados por tomos Ligaes covalentes mantm o cristal coeso Duros e com elevado ponto de fuso Maus condutores de calor e electricidade
diamante grafite
tomos decarbono
Propriedades dos slidos Tipos de cristais
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Cristais moleculares Pontos de rede ocupados por molculas Foras intermoleculares mantm o cristal coeso Macios e com baixo ponto de fuso Maus condutores de calor e electricidade
Propriedades dos slidos Tipos de cristais
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Cristais metlicos Pontos de rede ocupados por tomos metlicos Ligaes metlicas mantm o cristal coeso Macios ou duros e com pontos de fuso altos e baixo Bons condutores de calor e electricidade
Seco transversal de um cristal metliconcleo &
camada interna de e-
e- mveis
Propriedades dos slidos Tipos de cristais
ForForas as intermolecularesintermoleculares
-
51
Propriedades dos slidos
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Um slido amorfo no possu um arranjo molecular bem definido nem umaordem molecular a longa distncia.
Um vidro um produto transparente resultante da fuso de materiaisinorgnicos que arrefeceu at atingir um estado rgido mas sem cristalizar.
quartzo cristalino(SiO2)
Vidro de quartzono cristalino
Chemistry In Action: High-Temperature Superconductors
Mudanas de Fase Lqudo/Gs
ForForas as intermolecularesintermoleculares
T2 > T1
Evap
ora
o
MaiorOrdem
MenorOrdem
Con
dens
ao
Presso de vapor de equilbrio
ForForas as intermolecularesintermoleculares
A presso de vapor de equilbrio a presso de vapor medida quandoexiste um equilbrio dinmico entre condensao e evaporao.
H2O (l) H2O (g)
Taxa decondensao
Taxa deevaporao=
Equilbrio dinmico
-
52
Presso de vapor de equilbrio
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Aparelho para medir a presso de vapor de um lquido
Antes daevaporao No equilbrio
Entalpia de vaporizao
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Entalpia de vaporizao molar (Hvap) a energia requerida paravaporizar uma mole de um lquido
ln P = -HvapRT
+ C
Equao de Clausius-Clapeyron P = presso de vapor (equilbrio)
T = temperatura (K)
R = constante gases (8.314 J/Kmol)
Ponto de ebulio
ForForas as intermolecularesintermoleculares
O ponto de ebulio a temperatura qual a presso de vapor (equilbrio) de um lquido iguala a presso exterior.
O ponto de ebulio normal a temperatura a que um lquido fervequando a presso exterior igual a 1 atm.
Temperatura crtica
ForForas as intermolecularesintermoleculares
A temperature critca (Tc) a temperatura a partir da qual um gs no pode ser liquefeito, independentemente de se aplicar uma presso cada vez mais elevada.
A presso critca (Pc) a presso mnima que deve ser aplicada para promover a liquefaco temperatura crtica.
-
53
Mudanas de Fase Lqudo/Slido
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Fus
o
Con
gela
o
H2O (s) H2O (l)
O ponto de fuso de um slidoou o ponto de congelao de um lquido a temperatura qual as fases slida e lquida coexistemem equlibrio.
Entalpia de fuso
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Entalpia molar de fuso (Hfus) a energia requerida para fundir 1 mole de substncia slida.
Curva de aquecimento
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Mudanas de Fase Gs/Slido
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Subl
ima
o
Dep
osi
o
Entalpia molar de sublimao(Hsub) a energia requerida parasublimar 1 mole de um slido.
Hsub = Hfus + Hvap(Lei de Hess)
H2O (s) H2O (g)
-
54
Diagramas de Fases
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Um diagrama de fases sumaria as condies s quais uma substnciaocorre como um slido, lquido ou gs.
Diagrama de fases da gua
Diagramas de Fases
ForForas as intermolecularesintermoleculares
Diagrama de fases do dixido de carbono
Diagramas de Fases
ForForas as intermolecularesintermolecularesChemistry In Action: Liquid Crystals
-
55
TermoquTermoqumicamica TermoquTermoqumicamica
Energia a capacidade de realizar trabalho
Energia radiante vem do sol e a fonte primria de energia na terra
Energia Trmica a energia associada ao movimentoaleatrio de tomos e molculas
Energia qumica a energia armazenada nas ligaesqumicas das substncias
Energia nuclear a energia armazanada nos neutres e protes do ncleo atmico
Energia potencial a energia disponvel devido posiode um objecto
Variaes de energia em reaces qumicas
TermoquTermoqumicamica
Calor a transferncia de energia trmica entre dois corpos que se encontram a temperaturas diferentes.
Temperatura a medida da energia trmica.
900C 400CMaior energia trmica
Temperatura = Energia Trmica
Variaes de energia em reaces qumicas
TermoquTermoqumicamica
Termoqumica o estudo das trocas de calor nas reaces qumicas.
O sistema a parte especfica do universo de interesse para o estudo.
aberto
massa & energiaTroca:fechado
energiaisolado
nada
SISTEMAVIZINHANA
-
56
Processos endotrmicos e exotrmicos
TermoquTermoqumicamica
Processo exotrmico qualquer processo que fornece calor transfere energia trmica do sistema para a vizinhana.
Processo endotrmico qualquer processo no qual o calor fornecido da vizinhana ao sistema.
2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (l) + energia
H2O (g) H2O (l) + energia
energia + H2O (s) H2O (l)
Processos endotrmicos e exotrmicos
TermoquTermoqumicamica
Termodinmica
TermoquTermoqumicamica
A energia potential do alpinista 1 e do alpinista 2 a mesma, apesar deles tomarem caminhosdiferentes.
Funes de Estado so propriedades que so determinadas peloestado do sistema, independentemente do modo como esse estadofoi atingido.
energia , presso, volume, temperaturaE = Efinal - EinicialP = Pfinal - PinicialV = Vfinal - VinicialT = Tfinal - Tinicial
1 Lei da Termodinmica
TermoquTermoqumicamica
Primeira lei da termodinmica A energia pode ser convertida de uma forma para outra, mas no pode ser criada ou destruda.
Esistema + Evizinhanaa = 0Esistema = -Evizinhana
Reaco qumica exotrmica!
energia qumica perdida por combusto = energia ganha pela vizinhanasistema vizinhana
C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O
-
57
1 Lei da Termodinmica
TermoquTermoqumicamica
Outra forma da primeira Lei para EsistemaE = q + wE a diferena de energia interna de um sistemaq a troca de calor entre o sistema e a vizinhana
w o trabalho realizado no (ou pelo) sistema
w = -PV quando um gs expande contra uma presso exterior constante
Trabalho
TermoquTermoqumicamica
w = Fd
w = -P VP x V = x d3 = Fd = wFd2
V > 0-PV < 0wsys < 0
O trabalhono umafuno de estado
w = wfinal - winicial inicial final
Chemistry in Action: Making Snow
E = q + wq = 0
w < 0, E < 0E = CT
T < 0, SNOW!
Entalpia e a 1 Lei da Termodinmica
TermoquTermoqumicamica
E = q + w
E = H - PV H = E + PV
q = H e w = -PVA presso constante:
-
58
Entalpia e a 1 Lei da Termodinmica
TermoquTermoqumicamica
A Entalpia (H) utilizada para quantificar o fluxo de entrada ou sadade calor de um sistema num processo que ocorre a presso constante.
H = H (produtos) H (reagentes)H = calor fornecido ou absorvido durante uma reaco a presso constante
Hprodutos < HreagentesH < 0
Hprodutos > HreagentesH > 0
Equaes termoqumicas
TermoquTermoqumicamica
H2O (s) H2O (l) H = 6.01 kJ
H negativo ou positivo?
Sistema absorve calor
Endotrmico
H > 0
6.01 kJ so absorvidos por cada 1 mole de gelo que derrete a 00C e 1 atm.
Equaes termoqumicas
TermoquTermoqumicamica
CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (l) H = -890.4 kJ
H negativo ou positivo?
Sistema fornece calor
Exotrmico
H < 0
890.4 kJ so libertados por cada 1 mole de metano queimado a 250C e 1 atm.
Equaes termoqumicas
TermoquTermoqumicamica
H2O (s) H2O (l) H = 6.01 kJ
Os coeficientes estequiomtricos referem-se sempre ao nmero de moles de uma substncia
Se se reverter o sentido da reaco, o sinal de H mudaH2O (l) H2O (s) H = -6.01 kJ
Se se multiplicar ambos os lados da equao por um factor n, entoH tem afectado pelo mesmo factor n.
2H2O (s) 2H2O (l) H = 2 x 6.01 = 12.0 kJ
-
59
Equaes termoqumicas
TermoquTermoqumicamica
H2O (s) H2O (l) H = 6.01 kJ
Os estados fsicos de todos os reagentes e produtos devem ser especificados em equaes termoqumicas.
H2O (l) H2O (g) H = 44.0 kJQual a quantidade de calor envolvida quando 266 g de fsforo branco(P4) so queimados no ar?
P4 (s) + 5O2 (g) P4O10 (s) H = -3013 kJ
266 g P41 mol P4
123.9 g P4x 3013 kJ
1 mol P4x = 6470 kJ
Comparao entre H e ETermoquTermoqumicamica
2Na (s) + 2H2O (l) 2NaOH (aq) + H2 (g) H = -367.5 kJ/molE = H - PV a 25 0C, 1 mole H2 = 24.5 L a 1 atmPV = 1 atm x 24.5 L = 2.5 kJE = -367.5 kJ/mol 2.5 kJ/mol = -370.0 kJ/mol
Calor especfico e capacidade calorfica
TermoquTermoqumicamica
O calor especfico (s) de uma substncia a quantidade de calor(q) necessrio para elevar a temperatura de um grama de substncia um grau Celsius.
A capacidade calorfica (C) de uma substncia a quantidade de calor (q) necessria para elevar a temperatura de uma dada quantidade (m) de substncia um grau Celsius.
C = ms
Calor (q) absorvido ou libertado:
q = mstq = Ct
t = tfinal - tinicial
Calor especfico e capacidade calorfica
TermoquTermoqumicamica
Que quantidade de calor libertada quando uma barra de 869 g de ferro arrefece de 940C para 50C?
s do Fe = 0.444 J/g 0C
t = tfinal tinicial = 50C 940C = -890C= 869 g x 0.444 J/g 0C x 890C = -34,000 Jq = mst
-
60
Calorimetria: Volume Constante
No h entrada ou sada de calor!
qsis = qwater + qbomb + qreaqsis = 0qrea = - (qgua + qbomba)qgua = mstqbomba = CbombatReaco a V constante
H ~ qreaH = qrea
Calorimetria: Presso Constante
No h entrada ou sada de calor!
qsis = qgua + qcal + qreaqsis = 0qrea = - (qgua + qcal)qgua = mstqcal = CcaltReaco a P constante
H = qrea
Calor de reaco a presso constante
TermoquTermoqumicamica
Valor calorfico de alimentos e outras substncias
TermoquTermoqumicamica
C6H12O6 (s) + 6O2 (g) 6CO2 (g) + 6H2O (l) H = -2801 kJ/mol
1 cal = 4.184 J1 Cal = 1000 cal = 4184 J
-
61
Entalpia de formao padro
TermoquTermoqumicamica
Como no existe maneira de medir o valor absoluto da entalpia de uma substncia temos que medir a diferena de entalpia para cadareaco de interesse?
Estabelecemos uma escala arbitrria com a entalpia de formao padro(H0) como ponto de referncia para todas as expresses de entalpia.
f
Entalpia de formao padro (H0) a diferena de calor que ocorrequando uma mole de um composto formado a partir dos seuselementos a uma presso de 1 atm.
f
A entalpia de formao padro de qualquer elemento na sua forma mais estvel zero.
H0 (O2) = 0fH0 (O3) = 142 kJ/molf
H0 (C, grafite) = 0fH0 (C, diamante) = 1.90 kJ/molf
Entalpia de reaco padro
TermoquTermoqumicamica
A entalpia de reaco padro (H0 ) a entalpia de uma reacorealizada a 1 atm.
rea
aA + bB cC + dD
H0rea dH0 (D)fcH0 (C)f= [ + ] - bH0 (B)faH0 (A)f[ + ]
H0rea nH0 (produtos)f= mH0 (reagentes)f-Lei de Hess: Quando os reagentes so convertidos em produtos, a variao de entalpia a mesma quer a reaco ocorra num s passo ouem mltiplos passos.
(A Entalpia uma funo de estado. No interessa como chegamosao estado final, s interessa o estado inicial e o final.
Calcule the entalpia padro de formao do CS2 (l) sabendo que:
C(grafite) + O2 (g) CO2 (g) H0 = -393.5 kJreaS(rombico) + O2 (g) SO2 (g) H0 = -296.1 kJreaCS2(l) + 3O2 (g) CO2 (g) + 2SO2 (g) H0 = -1072 kJrea
1. Escrever a entalpia de formao para o CS2
C(grafite) + 2S(rombico) CS2 (l)
2. Adicionar as reaces de modo a obter a reaco pretendida.
rxnC(grafite) + O2 (g) CO2 (g) H0 = -393.5 kJ2S(rombico) + 2O2 (g) 2SO2 (g) H0 = -296.1x2 kJreaCO2(g) + 2SO2 (g) CS2 (l) + 3O2 (g) H0 = +1072 kJrea+
C(grafite) + 2S(rombico) CS2 (l)H0 = -393.5 + (2x-296.1) + 1072 = 86.3 kJrea
-
62
O Benzeno (C6H6) quando queimado no ar produz dixido de carbonoe gua lquida. Que quantidade de calor libertada por mole de benzeno queimado? A entalpia padro de formao do benzeno 49.04 kJ/mol.
2C6H6 (l) + 15O2 (g) 12CO2 (g) + 6H2O (l)
H0rea nH0 (produtos)f= mH0 (reagentes)f-
H0rea 6H0 (H2O)f12H0 (CO2)f= [ + ] - 2H0 (C6H6)f[ ]H0rea = [ 12x393.5 + 6x187.6 ] [ 2x49.04 ] = -5946 kJ
-5946 kJ2 mol
= - 2973 kJ/mol C6H6
Entalpia de soluo
TermoquTermoqumicamica
A entalpia de soluo (Hsol) o calor gerado ou absorvido quandouma determinada quantidade de soluto dissolvido numadeterminada quantidade de solvente.
Hsol = Hsol - Hcomponentes
Que substncia(s) pode ser utilizadapara derreter gelo?
Que substncia(s) pode ser utilizadapara empacotar a frio?
O processo de dissoluo do NaCl
TermoquTermoqumicamica
Hsol = passo 1 + passo 2 = 788 784 = 4 kJ/mol
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
-
63
Processos fsicos e qumicos espontneos
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
A gua corre para baixo numa encosta
Uma colher de aucar dissolve-se numa chvena de caf
A 1 atm, a gua congela abaixo de 0 0C e o gelo derrete acima de 0 0C
O calor flu de um objecto quente para um objecto mais frio
Um gs expande no interior de uma ampola sobre vcuo
O ferro quando exposto ao oxignio e gua forma ferrugem
espontneo
No espontneo
Processos fsicos e qumicos espontneos
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
espontneo
no espontneo
Processos fsicos e qumicos espontneos
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
O que faz com que uma reaco acontea ?
A reaco converte inteiramente reagentes em produtos
NH3 (g) + HCl (g) NH4Cl (s)
Mg (s) + O2 (g) MgO (s)
CH3COOH (aq) + H2O (l) CH3COO- (aq) + H3O+ (aq)
2NO2 (g) N2O4 (g) A reaco converte parcialmente reagentes em produtosDeveramos antes perguntar o que
determina a posio de equilbrio ?
Trocas de energia
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
Mg + O2
MgO
ener
gia
Reaco exotrmica
2NO2
N2O4
ener
gia
Reaco directaexotrmica reaco inversaendotrmica
Ener
gia
liber
tada
sob
a fo
rma
de c
alor
Menor energiaMaior estabilidade
-
64
Processos fsicos e qumicos espontneos
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
Uma diminuio da entalpia significa que uma reaco ocorreespontneamente?
CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (l) H0 = -890.4 kJ
H+ (aq) + OH- (aq) H2O (l) H0 = -56.2 kJ
H2O (s) H2O (l) H0 = 6.01 kJ
NH4NO3 (s) NH4+(aq) + NO3- (aq) H0 = 25 kJH2O
Reaces espontneas
Trocas de energia
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
2NO2 N2O4 N2O4 2NO2
exotrmica endotrmica
Baixa presso> 99% NO2
Alta presso> 99% N2O4
1 atmosfera70% N2O4
A ideia tentadora de que as reaces que ocorrem so aquelas quedo origem a produtos mais estveis no verdadeira
Entropia e a segunda Lei da Termodinmica
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
A segunda Lei da Termodinmica permite prever quais os processosque ocorrem espontneamente
A segunda Lei expressa em termos de diferenas de entropia.
Num processo espontneo a entropia do universo aumenta
sistema
Universo
vizinhana
Suniv = Sviz + Ssist
Entropia e a segunda Lei da Termodinmica
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
Entropia (S) uma medida da desordem de um sistema.
Ordem SdesordemS
S = Sf - SiSe a diferena entre estado inicial e final resulta num aumento da desordem
Sf > Si S > 0Para qualquer substncia, o estado slido mais ordenado que o lquido e o lquido mais ordenado que o gasoso.
Sslido < Slquido 0
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Entropia e a segunda Lei da Termodinmica
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
Processos quelevam a um aumento da
entropia (S > 0)
Entropia e a segunda Lei da Termodinmica
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
Como que a entropia de um sistema se altera em cada um dos processos ?(a) Condensao de vapor de gua
Desordem diminui Entropia diminui (S < 0)(b) Formao de cristais de sucrose a partir de uma soluo supersaturada
Desordem diminui Entropia diminui (S < 0)(c) Aquecimento de gs hidrognio de 600C a 800C
Desordem aumenta Entropia aumenta (S > 0)
(d) Sublimao de gelo seco
Desordem aumenta Entropia aumenta (S > 0)
Entropia e calor
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
calor
Quando um objecto absorve calor as molculas movem-se mais rapidamente e a entropia aumenta
Num processo endotrmico o sistemaabsorve calor da vizinhana e a entropiada vizinhana diminui.
Num processo exotrmico o sistemaliberta calor para a vizinhana e a entropiada vizinhana aumenta.
Entropia e temperatura
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
O fornecimento de calor a um objecto frio provoca um maior aumento daentropia do que o fornecimento da mesma quantidade de calor a um objectoquente.
frio
quente
Aumento da entropia
Menor aumento da entropia
Mais quente
Ligeiramente mais quente
calor
calor
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Entropia, calor e temperatura
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
Sviz = qvizTvizComo fazer gelo ?
H2O (s) H2O (l) H0 = 6.01 kJ mol-1a 5 C (278 K) ?
H2O (s) H2O (l) S = 22.0 J K-1 mol-1
Sviz =6010
278= 21.6 J K-1 mol-1
Suniv = Ssis + Sviz
Suniv = 21.6 22.0 = - 0.4 J K-1 mol-1
ou a -5 C (268 K) ?
Sviz =6010
268= 22.4 J K-1 mol-1
Suniv = 22.4 22.0 = 0.4 J K-1 mol-1
Suniv < 0 no espontneo Suniv > 0 espontneo
Entropia e a segunda Lei da Termodinmica
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
A energia potential do alpinista 1 e do alpinista 2 a mesma, apesar deles tomarem caminhosdiferentes.
Funes de Estado so propriedades que so determinadas peloestado do sistema, independentemente do modo como esse estadofoi atingido.
energia, entalpia, presso, volume, temperatura, entropia
Leis da Termodinmica
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
Primeira Lei da Termodinmica
A energia pode ser convertida de uma forma para outra mas nopode ser criada ou destruda.
Segunda Lei da Termodinmica
A entropia do universo aumenta espontneamente e permanececonstante num processo em equlibrio.
Suniv = Ssis + Sviz > 0Processo espontneo :Suniv = Ssis + Sviz = 0Processo equilbrio :
Variao da entropia num sistema
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
aA + bB cC + dD
S0rea nS0(produtos)= mS0(reagentes)-
A Entropia padro de reaco (S0 ) a variao de entropia parauma reaco realizada a 1 atm e 250C.
rea
Qual a variao da entropia padro na seguinte reaco a 250C? 2CO (g) + O2 (g) 2CO2 (g)
S0(CO) = 197.9 J/Kmol
S0(O2) = 205.0 J/Kmol
S0(CO2) = 213.6 J/Kmol
S0 rea = 2 x S0(CO2) [2 x S0(CO) + S0 (O2)] S0 rea = 427.2 [395.8 + 205.0] = -173.6 J/Kmol
S0rea dS0(D)cS0(C)= [ + ] - bS0(B)aS0(A)[ + ]
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Variao da entropia num sistema
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
Quando so produzidos gases (ou consumidos)
Se uma reaco produz mais molculas de gs do que aquelas queconsome, S0 > 0.
Se o nmero total de molculas de gs diminui, S0 < 0. Se no h variao no nmero total de molculas gasosas, ento
S0 pode ser positivo ou negativo MAS S0 dever ser um nmeropequeno.
Qual o sinal da variao de entropia para a seguinte reaco?2Zn (s) + O2 (g) 2ZnO (s)
O nmero total de molculas de gs diminui, S negativo.
Variao da entropia da vizinhana
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
Process ExotrmicoSsurr > 0
Processo EndotrmicoSsurr < 0
Terceira Lei da termodinmica
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
Terceira Lei da termodinmica a entropia de uma substnciacristalina perfeita zero temperatura de zero absoluto.
S = k ln W
W = 1
S = 0
Energia livre de Gibbs
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
Suniv = Ssis + Sviz > 0Processo espontneo :
Suniv = Ssis + Sviz = 0Processo em equilbrio :
Para um processo a temperatura constante:
G = Hsys -TSsysEnergia livre de
Gibbs (G)
G < 0 A reaco espontnea na direco directa.G > 0 A reaco no espontnea tal como est escrita. A
reaco espontnea na direco inversa.
G = 0 A reaco est em equilbrio.
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Energia livre de Gibbs
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
aA + bB cC + dDG0rea dG0 (D)fcG0 (C)f= [ + ] - bG0 (B)faG0 (A)f[ + ]G0rea nG0 (produtos)f= mG0 (reagentes)f-
A energia livre padro de reaco (G0 ) a variao de energia livrepara uma reaco quando esta ocorre em condies de estado padro.
rea
Energia livre de formao padro (G0) a variao de energia livre que ocorrequando 1 mole de composto formado a partir dos seus elementos no seu estadopadro.
f
G0 de qualquer elemento na sua forma mais estvel zero.f
Energia livre de Gibbs
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
2C6H6 (l) + 15O2 (g) 12CO2 (g) + 6H2O (l)
G0rea nG0 (produtos)f= mG0 (reagentes)f-
Qual a variao da energia livre padro para a seguinte reaco a 25 0C?
G0rea 6G0 (H2O)f12G0 (CO2)f= [ + ] - 2G0 (C6H6)f[ ]G0rea = [ 12x394.4 + 6x237.2 ] [ 2x124.5 ] = -6405 kJ
G0 = -6405 kJ espontneaA reaco espontnea a 25 0C?
Energia livre de Gibbs
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
G = H - TSTemperatura e reaces qumicas espontneas
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)
H0 = 177.8 kJS0 = 160.5 J/KG0 = H0 TS0At 25 0C, G0 = 130.0 kJG0 = 0 a 835 0C
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Energia livre de Gibbs e mudanas de fase
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
H2O (l) H2O (g)
G0 = 0 = H0 TS0
S = TH = 40.79 kJ373 K
= 109 J/K Efficiency = X 100%Th - Tc
Tc
Chemistry In Action: The Efficiency of Heat Engines
Energia livre de Gibbs e equilbrio
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
G = G0 + RT lnQR constante dos gases reais (8.314 J/Kmol)
T temperatura absoluta (K)
Q quociente de reaco No equilbrio
G = 0 Q = K0 = G0 + RT lnKG0 = RT lnK
Grficos de Energia livre de Gibbs vs extenso reaco
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
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Energia livre de Gibbs e equilbrio
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
G0 = RT lnKEnergia livre de Gibbs e equilbrio
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
ATP + H2O + Alanina + Glicina ADP + H3PO4 + Alanilglicina
Alanina + Glicina Alanilglicina
G0 = +29 kJ
G0 = -2 kJ
K < 1
K > 1
Energia livre de Gibbs e equilbrio
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
Estrutura do ATP e do ADP nas suas formas ionizadas
A termodinmica de um elstico de borracha
Entropia, Energia livre e EquilEntropia, Energia livre e Equilbriobrio
TS = H - GAlta Entropia Baixa Entropia
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EquilEquilbrio Qubrio Qumico mico
Equilbrio e equilbrio qumico
EquilEquilbrio Qubrio Qumico mico
Equilbrio um estado no qual no ocorrem mudanas observveiscom o passar do tempo.
O equilbrio qumico atingido quando:
As velocidades da reaco directa e inversa so iguais e
As concentraes de reagentes e produtos permanecem constantes
Equilbrio fsico
H2O (l)Equilbrio qumico
N2O4 (g)
H2O (g)
2NO2 (g)
Equilbrio qumico
EquilEquilbrio Qubrio Qumico mico
N2O4 (g) 2NO2 (g)
incio NO2 incio N2O4 incio NO2 & N2O4
equilbrio
equilbrio
equilbrio
Constante de equilbrio
EquilEquilbrio Qubrio Qumico mico
constante
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Constante de equilbrio
EquilEquilbrio Qubrio Qumico mico
N2O4 (g) 2NO2 (g) = 4.63 x 10-3K = [NO2]2
[N2O4]
aA + bB cC + dD
K = [C]c[D]d
[A]a[B]bLei da aco de massas
K >> 1
K
-
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Equilbrio Homogneo
EquilEquilbrio Qubrio Qumico mico
A constante de equilbrio Kp para a reaco:
158 a 1000K. Qual a presso de equilbrio do O2 se PNO = 0.400 atm e PNO = 0.270 atm?
2NO2 (g) 2NO (g) + O2 (g)
Kp = 2PNO PO
2
PNO2 2
PO2 = KpPNO2 2PNO
2
PO2 = 158 x (0.400)2/(0.270)2 = 347 atm
Equilbrio Heterogneo
EquilEquilbrio Qubrio Qumico mico
Equilbrio Heterogneo aplica-se em reaces onde reagentes e produtos se encontram em fases diferentes.
CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)
Kc =[CaO][CO2]
[CaCO3][CaCO3] = constant[CaO] = constant
Kc = [CO2] = Kc x[CaCO3][CaO] Kp = PCO2
As concentraes de slidos e lquidos puros no so includas naexpresso da constante de equilbrio.
Equilbrio Heterogneo
EquilEquilbrio Qubrio Qumico mico
PCO2 = Kp
CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)
PCO2 no depende da quantidade de CaCO3 ou CaO
Equilbrio Heterogneo
EquilEquilbrio Qubrio Qumico mico
Considere o seguinte equilbrio a 295 K:
A presso parcial de cada gs 0.265 atm. Calcule Kp e Kc para a reaco
NH4HS (s) NH3 (g) + H2S (g)
Kp = PNH3 H2SP = 0.265 x 0.265 = 0.0702
Kp = Kc(RT)n
Kc = Kp(RT)-n
n = 2 0 = 2 T = 295 KKc = 0.0702 x (0.0821 x 295)-2 = 1.20 x 10-4
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EquilEquilbrio Qubrio Qumico mico
A + B C + D
C + D E + F
A + B E + F
Kc =[C][D][A][B] Kc =
[E][F][C][D]
[E][F][A][B]Kc =
KcKcKc
Kc = KcKc x
Se uma reaco puder ser expressa como a soma de duas ou maisreaces, a constante de equilbrio da reaco total dada peloproduto das consatntes de equilbrio das reaces individuais.
EquilEquilbrio Qubrio Qumico mico
Quando a equao de uma reaco reversvel escrita na direcooposta a constante de equilbrio o recproco da constante de equilbrio original
N2O4 (g) 2NO2 (g)
= 4.63 x 10-3K = [NO2]2
[N2O4]
2NO2 (g) N2O4 (g)
K = [N2O4][NO2]2
= 1K = 216
Acerca da escrita de constantes de equilbrio
EquilEquilbrio Qubrio Qumico mico
As concentraes dos reagentes na fase condensada so expressasem M. na fase gasosa, as concentraes podem ser expressas em Mou atm.
As concentraes de slidos puros, lquidos puros e solventes noaparecem nas expresses da constante de equilbrio.
A constante de equilbrio uma quantidade adimensional.
Quando se faz referncia ao valor de uma constante de equilbrio necessrio especificar a equao acertada e a temperatura.
Se uma reaco poder ser expressa como a soma de duas ou maisreaces, a constante de equilbrio para o processo global dada peloproduto das constantes de equilbrio das reaces individuais.
Cintica qumica e constantes de equilbrio
EquilEquilbrio Qubrio Qumico mico
A + 2B AB2kdki
velocidaded = kd [A][B]2
velocidadei = ki [AB2]
Equilbriovelocidaded = velocidadei
kd [A][B]2 = ki [AB2]
kdki
[AB2][A][B]2
= Kc =
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Cintica qumica e constantes de equilbrio
EquilEquilbrio Qubrio Qumico mico
O quociente de rea
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