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INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO
Química Geral
Curso de Engenharia Mecânica
1º Semestre de 2002-2003
2º Teste (Exemplo resolvido)
I
1. Descreva a estrutura molecular do acrilonitrilo, CH2CHCN, indicando: (i)
ângulos de ligação aproximados, (ii) tipos de ligação (σ, π) (iii) configuração
electrónica dos átomos hibridados, (iv) pares de electrões isolados e, (v) se
existirem, o número de orbitais deslocalizadas e de electrões que as ocupam.
Ligações na molécula
Estrutura da molécula
(i), (ii), (iv) indicados na figura
(iii) Hibridações
C1 e C2 1s2 2sp21 2sp21 2sp21 2pz1
C3 1s2 2sp1 2sp1 2py1 2pz1
N 1s2 2sp2 2sp1 2py1 2pz1
o único par isolado da molécula é 2sp2 do N
(v) as orbitais 2pz dos C e do N formam um sistema π deslocalizado constituído por 4
orbitais. 2 ligantes preenchidas com os 4 electrões disponíveis e 2 antiligantes vazias.
2. O acrilonitrilo dá origem a um polímero de fórmula - (CH 2CHCN)-n.
i) Classifique este polímero
Homopolímero de adição
ii) Quais as interacções que se estabelecem entre as cadeias deste polímero?
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Os meros são polares, logo haverá interacções de Keesom, Debye e London. Não há
ligações por pontes de H.
II (Laboratório)
Discuta detalhadamente a miscibilidade do acrilonitrilo (P.E. = 77ºC) em metanol,
CH3OH (P.E. = 65ºC).
São ambas moléculas polares.
A plolarizabilidade será proporcional ao nº de electrões: o CH 2CHCN tem 28 e o
CH3OH tem 18 electrões.
Têm pontos de ebulição semelhantes logo a energia das interacções moleculares deve ser
semelhante (um pouco maior no acrilonitrilo).
CH2CHCN
CH3OH
CH2CHCN +
CH3OH
Keesom
+
++
Debye
(+)
(+)
London
+++
+
Pontes H
-------++
+
(+)
++
++
A mistura dos dois líquidos deve ser favorável. A energia da interacção é semelhante
(ΔHºmist aprox 0) e a entropia de mistura positiva (ΔSºmist > 0).
III
Considere as seguintes substâncias: potássio (K), cloreto de potássio (KCl), hidreto
de potássio (KH), crómio (Cr) e germânio (Ge).
1. Classifique-as, justificando a sua resposta, do ponto de vista da natureza da
ligação química.
K e Cr metais: átomos idênticos de electronegatividade muito baixa. Bandas de valência
e de condução sobrepostas. Ligação deslocalizada.
KCl e KH
cristais iónicos: grande diferença de electronegatividades (ci(KCl) = 74%
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KCl e KH cristais iónicos: grande diferença de electronegatividades (ci(KCl) = 74%,
ci(KH) = 39%). No caso do KH a % de carácter covalente é elevada mas em qualquer
deles o "gap" entre as orbitais ligantes (banda de condução) e antiligantes (banda de
valência) é elevado. Ligações localizadas.
Ge Semicondutor: metal (metaloide) de elevada electronegatividade. As bandas de
condução e valência estão afastadas embora o "gap" seja pequeno. Ligações
deslocalizadas.
2. Esboce o diagrama de bandas do crómio (Cr), explicitando o número de níveis
de energia por átomo e o grau de preenchimento da banda. Justifique o facto de
este ser um dos elementos do 4º período da TP com maior temperatura de fusão.
Cr [Ar] 3d5 4s1 4p0
Tem 1/3 da banda preenchida
Logo os níveis ligantes estão preenchidos (cerca de 1/3 da banda). Donde a elevada
energia de coesão e ponto de fusão.
3. Calcule a densidade do KCl (estrutura tipo cloreto de sódio) r(K+) = 133 pm,
r(Cl- ) = 181 pm.
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A massa volúmica do KCL será:
ρ = (massa dos iões numa célula base) / (volume da célula base)
Nesta estrutura o catião tem coordenação octaédrica.
A aresta da célula base será a = 2 r(K +) + 2 r(Cl-) = 6.28×10-8 cm
Podemos confirmar que os aniões não se tocam pois a diagonal da face d = a√2 =
8.88×10-8 cm > 4 r(Cl-) = 7.24×10-8 cm
O volume da célula base será V (cb) = a3 = 2.48×10-22 cm3
Numa célula base há (6×1/2 + 8×1/8 =) 4 aniões e (1 + 12×1/4 =) 4 catiões
MA(K) = 39.09 g/mol, ma(K) = MA/NA = 6.49×10-23 g/átomo
MA(Cl) = 35.45 g/mol, ma(Cl) = MA/NA = 5.89×10-23 g/átomo
A massa da célula base será: M(cb) = 4.95×10-22 g
Logo a massa volúmica será 2.00 g/cm3 e a densidade calculada 2.00.
Cotação: I. 3.5 val
II. 1.0 val
III. 3.5 val
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