Questão Q03 da 2ª fase da FUVEST 2019
O tricloreto de nitrogênio (\ce{NCl3}), ou tricloramina, é um composto de aparência oleosa muito perigoso quando puro, pois se decompõe explosivamente formando \ce{N2} e \ce{Cl2}. Ele era utilizado, até sua proibição na década de 1940, para o branqueamento de farinhas comerciais, no chamado Processo Agene®. Atualmente, é conhecido como um dos subprodutos tóxicos indesejáveis formados no processo de desinfecção de piscinas. Ele se forma, por exemplo, pela reação do cloro usado nas piscinas com ureia proveniente da urina de nadadores que as utilizam.
Pede-se:
a) Represente a molécula do \ce{NCl3} utilizando fórmula de Lewis.
b) Escreva a equação balanceada para a decomposição do \ce{NCl3} em \ce{N2} e \ce{Cl2}. Qual é o número de oxidação do nitrogênio no reagente e no produto?
c) Calcule a entalpia da reação de decomposição do \ce{NCl3}, considerando os valores de energia de ligação fornecidos. A reação é endotérmica ou exotérmica? Demonstre seus cálculos e justifique sua resposta.
Note e adote:
| Ligação | Energia de ligação (kJ/mol) |
|---|---|
| \ce{N#N} | 940 |
| \ce{Cl-Cl} | 240 |
| \ce{N-Cl} | 200 |
Elétrons na camada de valência:
\ce{N} (Grupo 15) = 5; \ce{Cl} (Grupo 17) = 7.
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Resolução comentada
a) O nitrogênio (5 elétrons de valência) precisa de 3 elétrons para completar o octeto, e cada cloro (7 elétrons de valência) precisa de 1. Por isso o N faz três ligações simples com três átomos de Cl e sobra um par de elétrons não ligante no N. Cada Cl fica com 3 pares não ligantes.
Total de elétrons de valência: 5 + 3\times 7 = 26. Distribuição: 3 pares ligantes (6 e⁻), 1 par isolado no N (2 e⁻) e 9 pares isolados nos Cl (18 e⁻), somando 26.
..
:Cl - N - Cl: (cada Cl com 3 pares isolados; N com 1 par isolado)
|
:Cl:
A molécula é piramidal, com o N no vértice.
Fórmula de Lewis: N central ligado por ligações simples a três Cl, com um par de elétrons livre no N e três pares livres em cada Cl.
b) Equação da decomposição:
Balanceamento: à esquerda há 2 N e 6 Cl; à direita há 2 N e 6 Cl.
Números de oxidação: no \ce{NCl3}, o Cl é mais eletronegativo que o N e tem Nox -1. A soma deve ser zero, então x + 3(-1) = 0 e x = +3. No \ce{N2}, substância simples, o Nox é zero.
Equação: 2\,\ce{NCl3} \to \ce{N2} + 3\,\ce{Cl2}; Nox do N: +3 no \ce{NCl3} e 0 no \ce{N2}.
c) A variação de entalpia é a energia absorvida para romper as ligações dos reagentes menos a energia liberada na formação das ligações dos produtos.
- Ligações rompidas: 2 mol de \ce{NCl3} têm 6 mol de N–Cl: 6\times 200 = 1200\ \text{kJ} (absorvidos).
- Ligações formadas: 1 mol de \ce{N#N} e 3 mol de Cl–Cl: 940 + 3\times 240 = 1660\ \text{kJ} (liberados).
- Variação de entalpia:
Para 2 mol de \ce{NCl3}, \Delta H = -460\ \text{kJ}, ou seja, -230\ \text{kJ} por mol de \ce{NCl3}.
Como \Delta H<0, a energia liberada na formação das ligações dos produtos é maior que a gasta no rompimento das ligações dos reagentes. A reação é exotérmica, o que está de acordo com o caráter explosivo da decomposição.
\Delta H = -460\ \text{kJ} para 2\,\ce{NCl3} (−230 kJ/mol de \ce{NCl3}); a reação é exotérmica.
Assuntos: fórmula de Lewis, número de oxidação, entalpia por energia de ligação.
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