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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 8 (Química) da 2ª fase do ITA 2019

Química · Química: Lei de Hess, entalpia de formação e energia de ligação

Considere as variações de entalpia de processo abaixo tabeladas.

Processo \mathbf{\Delta H} (kJ mol^{\mathbf{-1}})
Ionização do \text{Na}^0 495{,}8
Energia de ligação Cl-Cl 242{,}6
Entalpia de vaporização do \text{Na}^0 97{,}4
Afinidade eletrônica do Cl -349
Entalpia de rede do NaCl -787

a) Esboce o diagrama de Born-Haber para a formação do \text{NaCl(s)} a partir de \text{Na}^0\text{(s)} e \text{Cl}_2\text{(g)} e calcule a variação de entalpia de formação do \text{NaCl(s)}.

b) Sabe-se que o valor absoluto (em módulo) da entalpia de rede do \text{CaO(s)} é maior do que a do \text{NaCl(s)}. Explique por quê.

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Resolução comentada

a) O diagrama de Born-Haber mostra o caminho em etapas entre os elementos e o sólido iônico. Em um eixo vertical de entalpia, partindo de \text{Na(s)} + \frac{1}{2}\text{Cl}_2\text{(g)} (nível zero), as etapas são:

  1. Sublimação do sódio, \text{Na(s)} \to \text{Na(g)}: sobe +97{,}4 kJ.
  2. Dissociação do cloro: a energia de ligação é de 242{,}6 kJ por mol de \text{Cl}_2. Para formar 1 mol de \text{Cl(g)} usa-se metade: \frac{1}{2}\text{Cl}_2 \to \text{Cl(g)}, sobe +121{,}3 kJ.
  3. Ionização do sódio, \text{Na(g)} \to \text{Na}^+\text{(g)} + e^-: sobe +495{,}8 kJ.
  4. Afinidade eletrônica, \text{Cl(g)} + e^- \to \text{Cl}^-\text{(g)}: desce -349 kJ.
  5. Formação da rede, \text{Na}^+\text{(g)} + \text{Cl}^-\text{(g)} \to \text{NaCl(s)}: desce -787 kJ.

O nível final, \text{NaCl(s)}, fica abaixo do nível inicial. A seta direta do início até o \text{NaCl(s)} é a entalpia de formação, \Delta H_f.

Pela lei de Hess, \Delta H_f é a soma de todas as etapas:

\Delta H_f = 97{,}4 + 121{,}3 + 495{,}8 - 349 - 787 = -421{,}5\ \text{kJ/mol}

\Delta H_f(\text{NaCl}) \approx -421{,}5\ \text{kJ mol}^{-1}

b) A entalpia de rede mede a atração eletrostática entre os íons, que segue a lei de Coulomb: ela é proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional à distância entre os íons.

No \text{CaO} os íons são \text{Ca}^{2+} e \text{O}^{2-}, com carga 2\times maior cada um. O produto das cargas é 4, contra 1 no \text{NaCl} (\text{Na}^+ e \text{Cl}^-).

Além disso, o \text{O}^{2-} é menor que o \text{Cl}^- (o oxigênio está no 2º período e o cloro no 3º). Já o \text{Ca}^{2+} tem raio parecido com o do \text{Na}^+. A distância entre os íons é, portanto, menor no \text{CaO}.

Cargas maiores e distância menor geram uma atração muito mais forte, então a energia liberada na formação da rede, em módulo, é maior no \text{CaO}.

O |\Delta H_{rede}| do \text{CaO} é maior porque os íons têm cargas 2+ e 2- (contra 1+ e 1-) e estão mais próximos, o que aumenta a atração eletrostática.

Assuntos: Lei de Hess, entalpia de formação e energia de ligação, Ligações iônica e metálica.

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Ver como caiu na prova Questão 8 no caderno Química da 2ª fase do ITA 2019

Fonte: ITA 2ª fase 2019 · Química. Prova oficial ↗