QUÍMICA BÁSICA: TRANSFORMAÇÕES Prof. Ary Maia UFPB/CCEN/DQ Átomos, íons, moléculas e compostos iônicos e Forças Intermoleculares

H2 H2O NH3 CH4 H2, N2, O2, Br2, HCl, CO O3, H2O, NH3, CH4 Uma molécula é um agregado de dois ou mais átomos em um arranjo definido, mantidos juntos através de ligações químicas H2 H2O NH3 CH4 Uma molécula diatômica contém somente dois átomos H2, N2, O2, Br2, HCl, CO Uma molécula poliatômica contém mais de dois átomos O3, H2O, NH3, CH4

11 prótons 11 prótons 11 elétrons 10 elétrons 17 prótons 17 prótons Um íon é um átomo, ou grupo de átomos, que apresentam uma carga final positiva ou negativa cátion – íon com uma carga positiva se um átomo neutro perde um ou mais elétrons se transforma em um cátion. Na 11 prótons 11 elétrons Na+ 11 prótons 10 elétrons ânion – íon com uma carga negativa se um átomo neutro ganha um ou mais elétrons se transforma em um ânion. Cl- 17 prótons 18 elétrons Cl 17 prótons 17 elétrons

Um íon monoatômico contém apenas um átomo Na+, Cl-, Ca2+, O2-, Al3+, N3- Um íon poliatômico contém mais de um átomo OH-, CN-, NH4+, NO3-

Você compreendeu íons? Al Se 27 13 3+ 78 34 2- Quantos prótons e elétrons existem em Al 27 13 ? 3+ 13 prótons, 10 (13 – 3) elétrons Quantos prótons e elétrons existem em Se 78 34 2- ? 34 prótons, 36 (34 + 2) elétrons

2.5

Uma fórmula molecular mostra o número exato de átomos de cada elemento na menor unidade da uma substância Uma fórmula empírica (também conhecida como fórmula mínima) mostra a razão mais simples entre os átomos em uma substância H2O molecular empírica H2O C6H12O6 CH2O O3 O N2H4 NH2

Uma composição percentual mostra a massa relativa de cada elemento na massa total do composto, na forma de uma relação percentual. Ex: Para a amônia (NH3): Massa percentual do N na amônia Massa percentual do H na amônia Logo a NH3 tem uma composição centesimal aproximada de: 82,27% de Nitrogênio e 17,76% de Hidrogênio

A partir da composição percentual de uma amostra é possível determinar-se a fórmula empírica e a fórmula molecular. Ex: Para a hidrazina, sua composição percentual é 87,42% de N e 12,58% de H. Determine sua fórmula empírica e fórmula molecular: A partir desta composição percentual pode-se afirmar que em 100g de hidrazina existem 87,42 g de N e 12,58 g de H. Logo: Observando-se a relação entre estes números de moles: Sabendo-se que a massa molar da hidrazina é 32,0 g/mol determina-se que a fórmula molecular da hidrazina é N2H4.

a fórmula é sempre a mesma da fórmula empírica Compostos iônicos consistem de um cátion e um ânion a fórmula é sempre a mesma da fórmula empírica a soma das cargas dos cátions e ânions em cada unidade de fórmula tem que ser zero O composto iônico NaCl

Fórmula de Compostos Iônicos 2 x +3 = +6 3 x -2 = -6 Al2O3 Al3+ O2- 1 x +2 = +2 2 x -1 = -2 CaBr2 Ca2+ Br- 1 x +2 = +2 1 x -2 = -2 Na2CO3 Na+ CO32-

Alguns íons poliatômicos

Por que a agulha flutua?

Forças Intermoleculares: (inter = entre) entre molecules e a temperatura (energia cinética) das moléculas. O que determina se uma substância é sólida, líquida ou gasosa?

Gases: A energia cinética média das moléculas gasosas é muito maior que a energia média das atrações entre elas. Líquidos: As forças atrativas intermoleculares são fortes o suficiente para manter as moléculas próximas, mas sem muita ordem. Sólidos: As forças atrativas intermoleculares são fortes o suficiente para bloquear as moléculas em um local (elevada ordenação). Eles são dependentes da tempratura?

A intensidade das forças intermoleculares são geralmente menores que as ligações iônicas e covalentes. 16 kJ/mol (para separar as moléculas) + - + - 431 kJ/mol (para quebrar a ligação)

.. .. : : : .. .. .. : : : .. + S O O - - + S O O - - Tipos de Forças Intermoleculares (entre moléculas neutras): Forças Dipolo-dipolo : (moléculas polares) .. + S .. : Atração dipolo-dipolo O O : : .. - - .. + S .. : O O : : .. - - Que tipo de efeito esta atração tem sobre o ponto de ebulição?

+HCl----- +HCl- Moléculas polares têm atração dipolo-dipolo entre elas. +HCl----- +HCl- Atração dipolo-dipolo

Tipos de forças intermoleculares (entre moléculas neutras): Ligação de Hidrogênio: casos de interações dipolo-dipolo muito fortes (ligações envolvendo H-F, H-O, e H-N são os casos mais importantes). +H-F- --- +H-F- Ligação de Hidrogênio

Ligação de Hidrogênio é uma força de interação atrativa que ocorre entre um átomo de hidrogênio ligado covalentemente a um um átomo muito pequeno e altamente eletronegativo e um par isolado de um outro átomo pequeno e eletronegativo (F, O, or N).

Ponto de Ebulição vs massa molecular 100 -100 Prediga uma tendência para: NH3, PH3, AsH3, e SbH3

Prediga uma tendência para : NH3, PH3, AsH3, e SbH3

Observando agora para HF, HCl, HBr, e HI SbH3 NH3 HI AsH3 HBr HCl PH3

Tipos de forças intermoleculares (entre moléculas neutras): Forças de dispersão de London: (momento dipolo instantâneo) ( também chamadas de forças de van der Waal’s) atração - + - + “elétrons são deslocados para o lado de sobrecarga de um átomo ou molécula”.

facilmente polarizáveis polarizabilidade: a facilidade com que um átomo ou molécula pode ser distorcida para ter um dipolo instantâneo. Em geral moléculas grandes são mais facilmente polarizáveis que as pequenas. Grande e “mole” pequena

Outros tipos de forças mantendo os sólidos unidos: Ligaçõão iônica: “íons permanecem ligados por suas cargas” Não existem moléculas individuais neste caso.

Ligação Metálica: “mar de elétrons” Fio de Cobre: O que mantêm os átomos juntos? Átomos de Cu Um elétron da camada externa A que núcleo este elétron pertence?

Ligção Metálica: “Mar de elétrons”

Rede covalente: (diamante, quartz) muito forte. 1.42 Å 1.54 Å 3.35 Å Que tipo de hibridização é esperada em cada espécie?

Isomeros do Pentano: C5H12 neo-pentano n-pentano iso-pentano Hvap=22.8 kJ/mol Hvap=25.8 kJ/mol Hvap=24.7 kJ/mol Todos os três têm a mesma fórmula molecular C5H12 Por que eles têm diferentes energias de vaporização? As Forças de London e as ramificações

C-C-C-C C iso-pentano C C-C-C neo-pentano Hvap=24.7 kJ/mol Hvap=22.8 kJ/mol n-pentano Hvap=25.8 kJ/mol As Forças de London e as ramificações

Efeito das estruturas no ponto de ebulição

Interação íon-dipolo: assim como um sal dissolvido na água cátion Molécula polar ânion

Mudanças de fase: sólido  líquido (fusão  cristalização) líquido  gás (vaporização  condensação) sólido  gás (sublimação  resublimação)

Mudanças de Energia que acompanham as mudanças de fase

Curva de aquecimento para 1 g de água

Calor específico do vapor= 1.84 J/g•K Calor específico Curva de aquecimento para 1 g de água Calor específico do vapor= 1.84 J/g•K Hvap=2260 J/g Calor específico da água= 4.184 J/g•K Hfus=334 J/g Calor específico do gelo= 2.09 J/g•K

Calcule a mudança de entalpia necessária para converter 1 mol de água do gelo a -12oC até vapor a 115oC. líquido 100oC gás 100oC gás 115oC sólido -12oC sólido 0oC líquido 0oC H1 + H2 + H3 + H4 + H5 = Htotal Sp. Ht. + Hfusão + Sp. Ht. + HVaporização + Sp. Ht. = Htotal Calor específico do gelo = 2.09 J/g•K Hfus=334 J/g Calor específico da água = 4.184 J/g•K Hvap=2260 J/g Calor específico do vapor = 1.84 J/g•K

Presão de vapor

Curvas de Pressão de Vapor Um líquido evapora quando sua pressão de vapor se iguala a presão externa.

Ponto de Ebulição normal é a temperatura na qual Um líquido evapora sob uma atmosfera de pressão. pressão = 1 atm Presão de vapor = 1 atm líquido Vaporização

(Todas as três fases coexistem aqui) Diagram de Fases: (Temperatura vs. Pressão) gás e líquido são indistinguiveis. Temperatura critica E Pressão critica (Todas as três fases coexistem aqui)

H2O CO2 Observar a inclinação com a pressão Observar a inclinação com a pressão

Estruturas Cristalinas:

Células Unitárias: contém 4 átomos contém 2 átomos contém 1 átomo