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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 9 (Química) do ITA 2017

Química · Química: Ligação covalente e estruturas de Lewis

Texto-base das questões 01 a 20 · Química

Constante de Avogadro (\text{N}_\text{A}) = 6{,}02 \times 10^{23}\ \text{mol}^{-1}
Constante de Faraday (\text{F}) = 9{,}65 \times 10^4\ \text{C}\cdot\text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{A}\cdot\text{s}\cdot\text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{J}\cdot\text{V}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}
Volume molar de gás ideal = 22{,}4\ \text{L} (CNTP)
Carga elementar = 1{,}602 \times 10^{-19}\ \text{C}
Constante dos gases (\text{R}) = 8{,}21 \times 10^{-2}\ \text{atm}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 8{,}31\ \text{J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 1{,}98\ \text{cal}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} =
= 62{,}4\ \text{mmHg}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}
Constante gravitacional (\text{g}) = 9{,}81\ \text{m}\cdot\text{s}^{-2}
Constante de Planck (\text{h}) = 6{,}626 \times 10^{-34}\ \text{m}^2\cdot\text{kg}\cdot\text{s}^{-1}
Velocidade da luz no vácuo = 3{,}0 \times 10^8\ \text{m}\cdot\text{s}^{-1}

DEFINIÇÕES

Pressão de 1\ \text{atm} = 760\ \text{mmHg} = 1{,}01325 \times 10^5\ \text{N}\cdot\text{m}^{-2} = 760\ \text{Torr} = 1{,}01325\ \text{bar}
1\ \text{J} = 1\ \text{N}\cdot\text{m} = 1\ \text{kg}\cdot\text{m}^2\cdot\text{s}^{-2}. \ln 2 = 0{,}693
Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0^\circ\ \text{C} e 760\ \text{mmHg}
Condições ambientes: 25^\circ\ \text{C} e 1\ \text{atm}
Condições padrão: 1\ \text{bar}; concentração das soluções = 1\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies); sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.
(s) = sólido. (\ell) = líquido. (g) = gás. (aq) = aquoso. (CM) = circuito metálico. (conc) = concentrado.
(ua) = unidades arbitrárias. [X] = concentração da espécie química X em \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}.

MASSAS MOLARES

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}) Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g}\cdot\text{mol}^{-1})
H 1 1,01 Cl 17 35,45
He 2 4,00 K 19 39,10
Be 4 9,01 Cr 24 52,00
B 5 10,81 Mn 25 54,94
C 6 12,01 Fe 26 55,85
N 7 14,01 Ni 28 58,69
O 8 16,00 Cu 29 63,55
F 9 19,00 Zn 30 65,38
Na 11 22,99 Br 35 79,90
Mg 12 24,31 Pd 46 106,42
Al 13 26,98 Ag 47 107,87
Si 14 28,09 Xe 54 131,30
P 15 30,97 Pt 78 195,08
S 16 32,06 Hg 80 200,59

O diagrama de van Arkel-Ketelar apresenta uma visão integrada das ligações químicas de compostos binários, representando os três tipos clássicos de ligação nos vértices de um triângulo. Os vértices esquerdo e direito da base correspondem, respectivamente, aos elementos menos e mais eletronegativos, enquanto o vértice superior do triângulo representa o composto puramente iônico. Com base no diagrama, assinale a opção que apresenta o composto binário de maior caráter covalente.

Diagrama triangular de van Arkel-Ketelaar com eixo vertical de diferença entre eletronegatividades de 0 a 3 e eixo horizontal de eletronegatividade com indicações dos elementos Cs, C, N, O e F.

  1. A
    \ce{CCl4}
  2. B
    \ce{C3N4}
  3. C
    \ce{CO2}
  4. D
    \ce{NO}
  5. E
    \ce{OF2}
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Resolução comentada

No diagrama de van Arkel-Ketelaar, o eixo vertical mostra a diferença de eletronegatividade (\Delta\chi) entre os dois elementos, e o horizontal mostra a eletronegatividade média. Quanto menor o \Delta\chi, menor o caráter iônico e maior o caráter covalente. Perto do vértice direito da base ficam as ligações covalentes puras, entre elementos muito eletronegativos.

O composto de maior caráter covalente é, portanto, o que tem a menor diferença de eletronegatividade entre seus átomos. Usando a escala de Pauling (os valores aproximados batem com as posições do diagrama):

  1. \ce{CCl4}: C = 2,5 e Cl = 3,2, logo \Delta\chi \approx 0{,}7.
  2. \ce{C3N4}: C = 2,5 e N = 3,0, logo \Delta\chi \approx 0{,}5.
  3. \ce{CO2}: C = 2,5 e O = 3,5, logo \Delta\chi \approx 1{,}0.
  4. \ce{NO}: N = 3,0 e O = 3,5, logo \Delta\chi \approx 0{,}5.
  5. \ce{OF2}: O = 3,5 e F = 4,0, logo \Delta\chi \approx 0{,}5.

Há empate em \Delta\chi entre \ce{C3N4}, \ce{NO} e \ce{OF2} nesses valores arredondados. O desempate vem da eletronegatividade média, que é o eixo horizontal: quanto mais à direita, mais perto do vértice covalente puro. Médias: \ce{C3N4} ≈ 2,75; \ce{NO} ≈ 3,25; \ce{OF2} ≈ 3,75. O \ce{OF2} é o mais à direita, ou seja, o mais próximo do vértice do F, de ligação covalente.

O \ce{OF2} é o de maior caráter covalente.

Alternativa E.

Pegadinha: As alternativas B, D e E têm diferença de eletronegatividade parecida (cerca de 0,5); só a posição horizontal, a eletronegatividade média, desempata a favor do \ce{OF2}.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • A\Delta\chi de cerca de 0,7 entre C e Cl é maior que em \ce{OF2}, e a eletronegatividade média é menor, então tem mais caráter iônico.
  • BOs elementos C e N têm eletronegatividade média menor, ficando mais afastados do vértice covalente (a posição fica mais à esquerda, perto da região metálica).
  • CA diferença C–O, de cerca de 1,0, é a maior da lista, portanto é o mais polar.
  • DTem \Delta\chi semelhante ao do \ce{OF2}, mas a eletronegatividade média é menor, então fica mais afastado do vértice covalente.

Assuntos: Ligação covalente e estruturas de Lewis, Propriedades periódicas.

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Fonte: ITA 2017 · Química. Prova oficial ↗