Exercícios: Tabela Periódica e Ligações

1. Justifique a seguinte afirmativa: Em geral, o raio atômico e a energia de ionização têm variações periódicas opostas.

A afirmativa é verdadeira. O raio atômico geralmente cresce de cima para baixo em uma mesma família (ou grupo) e da direita para a esquerda em um mesmo período. Por outro lado, a energia de ionização geralmente cresce de baixo para cima em uma mesma família e da esquerda para a direita em um mesmo período. Assim, suas tendências de variação são opostas.

2. Leia a seguinte afirmativa: De uma maneira geral o raio atômico e a energia de ionização apresentam variações periódicas semelhantes. A afirmativa é verdadeira ou falsa, justifique.

A afirmativa é falsa. Conforme justificado na questão anterior, o raio atômico e a energia de ionização geralmente apresentam variações periódicas opostas, não semelhantes.

3. O quadro seguinte apresenta as primeiras energias de ionização (EI) dos elementos do segundo período da tabela periódica:

Elementos: Li, Be, B, C, N, O, F, Ne
EI₁ (eV): 5,4; 9,3; 8,3; 11,3; 14,5; 13,6; 17,6; 21,6

Com base nestes valores justifique: A variação da 1ª energia de ionização ao longo de um período.

Em uma mesma família ou grupo, quanto maior o tamanho do átomo (maior raio atômico), menor será a primeira energia de ionização. Em um mesmo período, a energia de ionização (E.I.) tende a aumentar da esquerda para a direita. Isso ocorre devido ao aumento da carga nuclear efetiva, que atrai mais fortemente os elétrons. No entanto, essa não é uma regra absoluta, pois existem exceções, como observado entre Be (9,3 eV) e B (8,3 eV), e entre N (14,5 eV) e O (13,6 eV). Essas exceções são geralmente devido a configurações eletrônicas mais estáveis (subníveis completos ou semipreenchidos), como o subnível 2s completo no Be e o subnível 2p semipreenchido no N.

4. Apresente uma justificativa para o fato dos átomos de Mg apresentarem um raio superior aos átomos de S.

O raio atômico (R.A.) aumenta da direita para a esquerda em um mesmo período da tabela periódica. O Magnésio (Mg) e o Enxofre (S) estão no mesmo período (3º período). Como o Mg está localizado mais à esquerda que o S, o Mg possui um raio atômico maior.

5. Dados os elementos químicos:

• G: 1s²
• J: 1s² 2s¹
• L: 1s² 2s²
• M: 1s² 2s² 2p⁶ 3s²

Apresentam propriedades químicas semelhantes:

1. G e L, pois são gases nobres;
2. G e M, pois têm dois elétrons no subnível mais energético;
3. J e G, pois são metais alcalinos;
4. L e M, pois são metais alcalinos-terrosos.

Resposta correta: d) L e M, pois são metais alcalino-terrosos.
Justificativa: O elemento L (1s² 2s²) é o Berílio (Be) e o elemento M (1s² 2s² 2p⁶ 3s²) é o Magnésio (Mg). Ambos possuem dois elétrons na camada de valência (ns²) e pertencem ao grupo 2 (metais alcalino-terrosos), apresentando propriedades químicas semelhantes.

6. Relativamente aos elementos A, B, C e D da tabela a seguir, é correto afirmar que:

(Nota: A tabela mencionada não foi fornecida no documento original.)

1. A e B pertencem à mesma família da tabela periódica
2. C é metal alcalino terroso.
3. A pertence à família dos calcogênios.
4. B é mais eletronegativo que A, C e D.
5. D têm número atômico igual a 2.

Resposta indicada no original: d) B é mais eletronegativo que A, C e D.
(Sem a tabela, a verificação da correção não é possível.)

7. Considere os itens a seguir.

Na tabela periódica:

1. Os elementos representativos são os das famílias indicadas com letras A (1A, 2A etc...).
2. Na, Mg, Ca, Rb, Ba e Ra são os elementos alcalinos.
3. F, O e Cl estão entre os elementos mais eletronegativos.

Pode-se afirmar que, SOMENTE

1. I é correto.
2. II é correto.
3. III é correto.
4. I e II são corretos.
5. I e III são corretos.

Resposta correta: e) I e III são corretos.
Justificativa:
I. Correto. Elementos representativos são os dos grupos 1, 2 e 13 a 18 (antigas famílias A). II. Incorreto. Na e Rb são metais alcalinos. Mg, Ca, Ba e Ra são metais alcalino-terrosos. III. Correto. Flúor (F), Oxigênio (O) e Cloro (Cl) são elementos altamente eletronegativos.

8. A seguir encontra-se destacada uma das famílias da tabela periódica.

(Nota: A família destacada não foi visualmente fornecida, mas a questão se refere à coluna 2 - Metais Alcalino-Terrosos.)

Em relação aos elementos desta família (coluna 2), a única afirmativa INCORRETA é:

1. Todos são muito eletronegativos.
2. São chamados metais alcalinos terrosos.
3. Os átomos de menor raio atômico são os do elemento berílio.
4. Formam com os halogênios (coluna 17) sais de fórmula geral MX₂ (originalmente MA₂).
5. Os átomos neutros, no estado fundamental, apresentam dois elétrons na última camada.

Afirmativa INCORRETA: a) Todos são muito eletronegativos.
Justificativa: Metais alcalino-terrosos (coluna 2) são metais e, portanto, são eletropositivos, tendendo a perder elétrons, e não são muito eletronegativos.

9. Da combinação química entre átomos de magnésio e nitrogênio pode resultar a substância de fórmula:

Números atômicos: Mg (Z = 12); N (Z = 7)

1. Mg₃N₂
2. Mg₂N₃
3. MgN₃
4. MgN₂
5. MgN

Fórmula resultante: a) Mg₃N₂
Justificativa: Magnésio (Mg, grupo 2) forma íons Mg²⁺. Nitrogênio (N, grupo 15) forma íons N^3-. Para neutralizar as cargas: 3 × (+2) + 2 × (-3) = 0. Portanto, a fórmula é Mg₃N₂.

10. A ligação, que se forma quando dois átomos compartilham um par de elétrons, chama-se:

1. covalente.
2. metálica.
3. iônica.
4. dupla.
5. dativa.

Resposta correta: a) covalente.

11. Um determinado elemento A apresenta a seguinte distribuição eletrônica: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹. Pergunta-se: Que tipo de ligação química o elemento A faz com outro elemento (B) que possui número atômico igual a 35? Justifique sua resposta.

Tipo de ligação: Iônica.
Justificativa: O elemento A (configuração terminada em 4s¹) é um metal alcalino (Potássio, K) e tende a perder 1 elétron, formando um cátion A⁺. O elemento B com Z = 35 é o Bromo (Br), um halogênio (configuração [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁵), que tende a ganhar 1 elétron para completar seu octeto, formando um ânion B^-. A atração eletrostática entre o cátion A⁺ e o ânion B^- forma uma ligação iônica, resultando no composto AB. (Sugestão: Realizar a distribuição eletrônica de B e montar as estruturas de Lewis para visualização.)

12. Considere a tabela de energias de ionização (kJ/mol):

Elemento | 1ª   | 2ª   | 3ª   | 4ª
---------------------------------------
A        | 578  | 1817 | 2745 | 11578
B        | 419  | 3051 | 4412 | 5877
C        | 1086 | 2353 | 4621 | 6223
D        | 496  | 4563 | 6913 | 9544
E        | 590  | 1145 | 4912 | 6542

Qual desses elementos tem maior tendência em formar um cátion 1+? Por quê?

O elemento B tem a maior tendência em formar um cátion 1+.
Por quê: Ele apresenta a menor primeira energia de ionização (1ª E.I. = 419 kJ/mol) entre os elementos listados. Além disso, há um salto significativo da primeira para a segunda energia de ionização (de 419 para 3051 kJ/mol), indicando que é relativamente fácil remover o primeiro elétron, mas muito mais difícil remover o segundo. Isso é característico de elementos que formam cátions 1+ estáveis.

13. Dada a seguinte tabela (disposição de elementos), responda:

  B
  A
  C G
  F

(Considerando a disposição dos elementos como representativa de suas posições relativas na tabela periódica, onde 'B' estaria mais acima, 'F' mais abaixo e à esquerda, e 'C' e 'G' no mesmo período com 'C' à esquerda de 'G'.)

A) Qual elemento possui maior raio atômico? Explique.

Resposta: F. O raio atômico cresce de cima para baixo e da direita para a esquerda na tabela periódica. Assumindo que F está posicionado mais abaixo e à esquerda em relação aos outros elementos, ele terá o maior raio.

B) Qual elemento possui menor energia de ionização? Explique.

Resposta: F. A energia de ionização cresce de baixo para cima e da esquerda para a direita. Sendo F o elemento com maior raio (mais abaixo e à esquerda), ele terá a menor energia de ionização.

C) Comparando-se os elementos C e G, qual deles possui maior número de camadas? Qual deles possui maior energia de ionização? Justifique.

Resposta: Se C e G estão no mesmo período (linha horizontal, como sugerido por "C G"), eles possuem o mesmo número de camadas eletrônicas. Se G está à direita de C no mesmo período, G possuirá maior energia de ionização. Isso ocorre porque, ao longo de um período, a carga nuclear efetiva aumenta da esquerda para a direita, atraindo os elétrons de valência mais fortemente e dificultando sua remoção.

14. Quantos átomos estão presentes em um pedaço de alumínio tendo uma massa de 15,0 g?

Para calcular o número de átomos em 15,0 g de alumínio (Al):
1. Massa molar do Al (M) ≈ 26,98 g/mol.
2. Número de Avogadro (N_A) ≈ 6,022 x 10²³ átomos/mol.
Número de mols (n) = massa (m) / Massa molar (M) = 15,0 g / 26,98 g/mol ≈ 0,55597 mol.
Número de átomos = n × N_A = 0,55597 mol × 6,022 x 10²³ átomos/mol ≈ 3,348 x 10²³ átomos.
(A resposta fornecida no original, 3,345 x 10²³ átomos, está muito próxima.)

15. Os elementos químicos hidrogênio, flúor, sódio e cloro combinam-se entre si, formando os compostos HF, NaF e NaCl. O tipo de ligação existente, respectivamente, em cada caso é, justifique.

Os tipos de ligação são:

• HF: Ligação covalente polar. O hidrogênio e o flúor são ametais e compartilham elétrons. Devido à grande diferença de eletronegatividade entre H e F, a ligação é fortemente polarizada.
• NaF: Ligação iônica. O sódio (Na, metal alcalino) doa um elétron para o flúor (F, halogênio), formando íons Na⁺ e F^- que se atraem eletrostaticamente.
• NaCl: Ligação iônica. O sódio (Na, metal alcalino) doa um elétron para o cloro (Cl, halogênio), formando íons Na⁺ e Cl^- que se atraem eletrostaticamente.

16. Escreva a fórmula eletrônica (Lewis) mais simples a ser formada pela fórmula molecular CO₂, de acordo com suas configurações fundamentais.

Átomo C: 1s², 2s², 2p² (4 elétrons de valência)
Átomo O: 1s², 2s², 2p⁴ (6 elétrons de valência)

A estrutura de Lewis para o CO₂ é O=C=O. Nesta estrutura, o átomo de carbono central forma duas ligações duplas, uma com cada átomo de oxigênio. Cada átomo de oxigênio possui dois pares de elétrons não ligantes, e o carbono não possui pares não ligantes, satisfazendo a regra do octeto para todos os átomos.
(A anotação 'Feito em sala de aula na aula de ontem' indica que a representação visual foi demonstrada anteriormente.)

17. Um metal, representado pela letra X, com 2 elétrons na camada de valência, combina-se com um não-metal, representado pela letra Y, com 6 elétrons na camada de valência. Qual é a fórmula do composto formado? O composto é covalente ou iônico?

O metal X, com 2 elétrons na camada de valência, tende a perder esses 2 elétrons para formar o cátion X²⁺.
O não-metal Y, com 6 elétrons na camada de valência, tende a ganhar 2 elétrons para completar o octeto, formando o ânion Y^2-.
A fórmula do composto formado pela combinação de X²⁺ e Y^2- é XY.
O composto é iônico, pois é formado pela atração eletrostática entre um cátion metálico e um ânion não-metálico.
(A anotação 'Feito em sala de aula na aula de ontem' indica que foi discutido anteriormente.)

18. A camada mais externa de um elemento X possui 3 elétrons, enquanto a camada mais externa de outro elemento Y tem 7 elétrons. Escreva uma provável fórmula de um composto, formado por esses elementos.

O elemento X, com 3 elétrons na camada de valência, tende a perder esses 3 elétrons para formar o cátion X³⁺.
O elemento Y, com 7 elétrons na camada de valência (provavelmente um halogênio), tende a ganhar 1 elétron para completar o octeto, formando o ânion Y^-.
Para que o composto seja eletricamente neutro, são necessários três ânions Y^- para cada cátion X³⁺. Portanto, a provável fórmula do composto formado é XY₃.
(A anotação 'Feito em sala de aula na aula de ontem' indica que foi discutido anteriormente.)

19. A fórmula N ::: N indica que os átomos de nitrogênio estão compartilhando três:

1. Prótons.
2. Elétrons.
3. Pares de prótons.
4. Pares de nêutrons.
5. Pares de elétrons.

A notação N ::: N representa uma ligação tripla entre os dois átomos de nitrogênio (N≡N). Cada traço em uma ligação covalente representa um par de elétrons compartilhado.
Resposta correta: e) Pares de elétrons (três pares de elétrons).

20. Qual é a diferença fundamental entre a ligação iônica e a ligação covalente?

A diferença fundamental entre as duas ligações é:

• Na ligação iônica, ocorre a transferência de um ou mais elétrons de um átomo (que se torna um cátion, geralmente um metal) para outro átomo (que se torna um ânion, geralmente um ametal). A ligação resulta da atração eletrostática entre esses íons de cargas opostas.
• Na ligação covalente, ocorre o compartilhamento de um ou mais pares de elétrons entre dois átomos (geralmente entre ametais). Não há formação de íons distintos; em vez disso, os elétrons compartilhados mantêm os átomos unidos, formando uma molécula (uma "sociedade atômica").