Transcript moléculas e íons

Átomos, íons, moléculas e
compostos iônicos e
Forças Intermoleculares
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
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
17 elétrons
Cl-
17 prótons
18 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?
Quantos prótons e elétrons existem em
27
3+ ?
13 Al
13 prótons, 10 (13 – 3) elétrons
Quantos prótons e elétrons existem em
34 prótons, 36 (34 + 2) elétrons
2- ?
78
34 Se
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
molecular
H2O
C6H12O6
empírica
H2O
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 de N em 1 mol de NH
massa de 1 mol de NH
3

3
14,01g de N
17,030g de NH 3
* 100  82 , 27 %
Massa percentual do H na amônia

massa de H em 1 mol de NH 3
massa de 1 mol de NH
3

3,024g de H
17,030g de NH 3
* 100  17 , 76 %
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:
1 mol de N
87 , 42 g de N * 14,007g
 6 , 241 moles de N
de N
1 mol de H
1 2,58 g de H * 1,0079g
 12 , 48 moles de H
de H
Observando-se a relação entre estes números de moles:
12,48 mol de H
6,241 mol de N

2 , 00 moles de H
1 , 00 moles de N
 NH
2
Sabendo-se que a massa molar da hidrazina é 32,0 g/mol
determina-se que a fórmula molecular da hidrazina é N2H4.
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-
NH4+
CO3
2-
HCO3
ClO3
amônio
SO42-
sulfato
carbonato
2SO3
sulfito
bicarbonato
NO3
nitrato
clorato
NO2
nitrito
2Cr2O7
dicromato
SCN
CrO42-
cromato
OH-
-
tiocianato
hydróxido
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)
+
-
Tipos de Forças Intermoleculares (entre moléculas neutras):
Forças Dipolo-dipolo : (moléculas polares)
..
+
S ..
O
:
O
..
-
Atração dipolo-dipolo
-
..
+
S ..
O
:
O
..
-
-
Que tipo de efeito esta atração tem sobre o ponto de ebulição?
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
0
-100
Prediga uma tendência para: NH3, PH3, AsH3, e SbH3
Prediga uma tendência para : NH3, PH3, AsH3, e SbH3
Boiling Pt (Celcius)
0
-20
0
50
100
NH3
-40
-60
AsH3
-80
PH3
-100
Molecular Weight (g/mol)
SbH3
150
Boiling Pt (Celcius)
Observando agora para HF, HCl, HBr, e HI
40
20
HF
0
-20 0
NH3
-40
-60
-80
-100
SbH3
50
100
HI
AsH3
HCl
150
HBr
PH3
Molecular Weight (g/mol)
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”.
+
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.
pequena
Grande e
“mole”
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?
Nome
Tipo de sólido
Força
Ponto de Fusão
(oC)
Ponto de ebulição
(oC)
Ne
molecular
-249
-246
H2S
molecular
-86
-61
H2O
molecular
0
100
Mercury
metálico
-39
357
W
metálico
3410
5660
CsCl
iônico
645
1290
MgO
iônico
2800
3600
Quartz (SiO2)
Rede covalente
1610
2230
Diamond (C)
Rede covalente
3550
4827
Isomeros do Pentano: C5H12
n-pentano
Hvap=25.8 kJ/mol
iso-pentano
Hvap=24.7 kJ/mol
neo-pentano
Hvap=22.8 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
C
C-C-C
C
iso-pentano
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
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.
sólido
-12oC
H1
+
H2
líquido
100oC
líquido
0oC
sólido
0oC
+
H3
+
H4
+
gás
100oC
H5
gás
115oC
= 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
Diagram de Fases: (Temperatura vs. Pressão)
gás e líquido são
indistinguiveis.
Temperatura critica
E Pressão critica
(Todas as três fases
coexistem aqui)
H2O
Observar a inclinação
com a pressão
CO2
Observar a inclinação
com a pressão
Estruturas Cristalinas:
Células Unitárias:
contém 1 átomo
contém 2 átomos
contém 4 átomos