PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 8 (Química) da 2ª fase do ITA 2019
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:
- Sublimação do sódio, \text{Na(s)} \to \text{Na(g)}: sobe +97{,}4 kJ.
- 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.
- Ionização do sódio, \text{Na(g)} \to \text{Na}^+\text{(g)} + e^-: sobe +495{,}8 kJ.
- Afinidade eletrônica, \text{Cl(g)} + e^- \to \text{Cl}^-\text{(g)}: desce -349 kJ.
- 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(\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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Fonte: ITA 2ª fase 2019 · Química. Prova oficial ↗