PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 32 do ITA 2025

1ª fase · Química · Química: Geometria molecular e polaridade

Texto-base das questões 25 a 36 · 1ª fase

Constantes
Constante de Avogadro (\text{N}_\text{A}) = 6{,}02 \times 10^{23}\ \text{mol}^{-1}
Constante de Faraday (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}
Carga elementar = 1{,}60 \times 10^{-19}\ \text{C}
Constante dos gases (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}
Constante de Planck (h) = 6{,}63 \times 10^{-34}\ \text{J}\cdot\text{s}
Velocidade da luz no vácuo = 3{,}0 \times 10^8\ \text{m}\cdot\text{s}^{-1}
Número de Euler (e) = 2{,}72

Definições
Pressão: 1\ \text{atm} = 760\ \text{Torr} = 1{,}01325 \times 10^5\ \text{N}\cdot\text{m}^{-2} = 1{,}01325\ \text{bar}
Energia: 1\ \text{J} = 1\ \text{N}\cdot\text{m} = 1\ \text{kg}\ \text{m}^2\cdot\text{s}^{-2} = 6{,}24 \times 10^{18}\ \text{eV}
Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0\ ^\circ\text{C} e 1\ \text{atm}
Condições ambiente: 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) = gasoso. (aq) = aquoso. (conc) = concentrado. (ua) = unidades arbitrárias. u.m.a. = unidade de massa atômica. [X] = concentração da espécie X em \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}
\ln \text{X} = 2{,}3 \log \text{X}

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 Mn 25 54,94
C 6 12,01 Fe 26 55,85
N 7 14,01 As 33 74,92
O 8 16,00 Se 34 78,97
F 9 19,00 Br 35 79,90
Na 11 22,99 Sr 38 87,62
Mg 12 24,31 Nb 41 92,91
P 15 30,97 I 53 126,90
S 16 32,06 Ba 56 137,33
\text{C}\ell 17 35,45 Au 79 196,97
K 19 39,10 Hg 80 200,59

Considere que dois átomos de \ce{Cl} da molécula \ce{PCl5} são substituídos por dois átomos de \ce{F}. Considerando todas as possibilidades de substituição, sejam elas distinguíveis ou indistinguíveis, assinale a alternativa que apresenta a proporção do número de possibilidades de moléculas apolares e polares, respectivamente, em relação ao total.

  1. A
    \frac{1}{10} e \frac{9}{10}.
  2. B
    \frac{2}{10} e \frac{8}{10}.
  3. C
    \frac{3}{10} e \frac{7}{10}.
  4. D
    \frac{4}{10} e \frac{6}{10}.
  5. E
    \frac{5}{10} e \frac{5}{10}.
Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.
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Resolução comentada

O \ce{PCl5} tem geometria bipiramidal trigonal: 2 posições axiais e 3 equatoriais. Ao trocar 2 dos 5 átomos de Cl por F, o total de possibilidades (distinguíveis ou não) é \binom{5}{2}=10 pares de posições.

Contando e classificando os pares:

  1. Os dois F nas posições axiais: 1 par. Os dois F se opõem (180°) e os 3 Cl equatoriais se cancelam. A molécula é apolar.
  2. Os dois F nas posições equatoriais: \binom{3}{2}=3 pares. Os 2 Cl restantes ficam um axial e um equatorial, ou seja, os dipolos não se cancelam. A molécula é polar (isômero \ce{PCl3F2} com F equatoriais, que tem momento dipolar resultante).
  3. Um F axial e um equatorial: 2\times 3=6 pares. A molécula é polar.

Verificação do caso 2: com 2 F e 1 Cl no plano equatorial e 2 Cl axiais, os axiais se cancelam entre si. No plano, os vetores P–F (2) e P–Cl (1) a 120° não se cancelam, pois as ligações P–F e P–Cl têm polaridades diferentes. Portanto, é polar.

Apolar: apenas o par axial-axial, 1 de 10. Polar: 9 de 10.

Proporção: apolares \frac{1}{10} e polares \frac{9}{10}.

Alternativa A.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • BConsidera apolar também um dos casos equatoriais, mas os dipolos P–F e P–Cl não se cancelam.
  • CTrata os 3 pares equatoriais como apolares, ignorando que F e Cl têm polaridades diferentes.
  • DConta como apolares casos que não têm simetria de cancelamento de dipolos.
  • EDivide metade e metade, sem contar corretamente os pares de posições.

Assunto: Geometria molecular e polaridade.

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Fonte: ITA 2025 · 1ª fase. Prova oficial ↗