Propriedades das substâncias de acordo com a ligação

O sal comum funde a $801\ \celsius$: é necessário aquecê-lo bastante para derretê-lo. Uma porção da sua rede cristalina é apresentada na figura.

Explique, com base na sua ligação iônica e na sua estrutura em rede cristalina, por que razão o ponto de fusão do $\text{NaCl}$ é tão elevado.

A água ferve a $100\ \celsius$, enquanto o sal funde a $801\ \celsius$.

1. a) Indique que estrutura cada substância tem: moléculas ou rede cristalina?
2. b) Explique, a partir dessa diferença estrutural, por que a água muda de estado a uma temperatura muito mais baixa do que o sal.

O $\text{NaCl}$ funde a $801\ \celsius$ e o $\text{MgO}$ a $2852\ \celsius$, sendo ambos cristais iônicos com a mesma estrutura. Os pontos de fusão são comparados na figura.

1. a) Indique as cargas dos íons de cada composto.
2. b) Explique, comparando essas cargas, por que a atração eletrostática é muito maior no $\text{MgO}$.
3. c) Relacione essa atração com o seu ponto de fusão elevadíssimo: o $\text{MgO}$ é utilizado, de fato, para revestir o interior de fornos industriais.

Os fios das residências são de cobre, um sólido que conduz a corrente. O modelo do mar de elétrons é apresentado na figura.

Explique, utilizando o modelo do mar de elétrons, por que razão o cobre conduz a eletricidade no estado sólido, ao contrário de um pedaço de sal.

Um cristal de sal não conduz a corrente elétrica, mas se você o fundir ou dissolver em água, passa a conduzir.

1. a) Explique o que acontece com os íons em cada uma das três situações.
2. b) Que condição partículas com carga devem cumprir para poderem transportar a corrente elétrica?

Você monta um circuito com uma pilha, uma lâmpada e dois eletrodos para testar a condutividade do sal. A montagem é apresentada na figura.

1. a) Preveja o que você observará ao colocar sal de cozinha sólido entre os eletrodos e explique o resultado.
2. b) Repita a previsão dissolvendo previamente o sal em água.
3. c) Que papel desempenha a mobilidade dos íons na diferença de resultados?

A água destilada quase não conduz a corrente, a água da torneira conduz um pouco e a água do mar conduz muito.

1. a) Explique quais partículas transportam a corrente na água da torneira e qual é a origem delas ($\text{Ca}^{2+}$, $\text{Mg}^{2+}$, $\text{Na}^{+}$, $\text{Cl}^{-}$... dissolvidos).
2. b) Por que razão a água destilada quase não conduz a corrente, se a molécula de água possui elétrons?
3. c) Ordene as três águas pela concentração de íons e relacione-a com a respectiva condutividade.

As brocas para perfurar rocha têm pontas de diamante, o material natural mais duro que se conhece. Um fragmento da sua rede covalente é apresentado na figura.

Explique, a partir da sua rede covalente tridimensional, por que o diamante é tão duro.

A «grafite» de um lápis é de grafite: ao escrever, as camadas de carbono deslizam umas sobre as outras e se desprendem sobre o papel. A estrutura em camadas é apresentada na figura.

1. a) Explique, a partir da sua estrutura em camadas, por que a grafite é macia e deixa traço.
2. b) Que tipo de forças une as camadas entre si? Compare-as com as ligações dentro de cada camada.

A folha de ouro utilizada em decoração é constituída por lâminas de ouro finíssimas obtidas martelando o metal. Explique, com base no modelo da ligação metálica, por que razão os metais se deformam ao serem golpeados em vez de quebrarem, como aconteceria com um cristal de sal.

O diamante e a grafite são constituídos por carbono puro, mas suas propriedades são quase opostas: o diamante é extremamente duro e não conduz eletricidade; a grafite é macia e conduz eletricidade. As duas estruturas são comparadas na figura.

1. a) Explique a diferença de dureza a partir da estrutura de cada um.
2. b) Explique a diferença de condutividade elétrica.
3. c) Justifique por que a grafite risca o papel e o diamante, ao contrário, risca o vidro.

Um cristal de sal se quebra nitidamente ao ser atingido por um martelo, enquanto uma lâmina de cobre apenas se amassa.

1. a) Desenhe no seu caderno duas camadas de íons e explique o que acontece quando uma camada da rede iônica desliza sobre a outra: que sinais de carga ficam frente a frente?
2. b) Compare o resultado anterior com o que acontece no metal quando as suas camadas de cátions deslizam.
3. c) Conclua por que dizemos que os sais são «frágeis» e os metais, «maleáveis».

Você pode fazê-lo em papel e enviar uma foto com a sua resposta.

As brocas que perfuram poços de petróleo possuem pastilhas de diamante sintético, fabricado submetendo a grafite a pressões e temperaturas enormes.

1. a) Explique, a partir da sua estrutura, por que o diamante é o material ideal para cortar rocha.
2. b) Justifique por que a grafite, sendo o mesmo elemento químico, não serviria para essa ponta.
3. c) O diamante não conduz eletricidade e funde acima de $3500\ \celsius$: explique ambas as propriedades considerando onde se encontram os seus elétrons.

O ouro é tão dúctil que com $1\ \text{g}$ é possível produzir um fio com cerca de $2\ \text{km}$ de comprimento.

1. a) Explique, com base no modelo do mar de elétrons, esta maleabilidade e ductilidade extremas.
2. b) As joias são de ouro de $18$ quilates, uma liga metálica com $25\ \%$ de cobre e prata, porque o ouro puro é muito maleável: justifique por que razão átomos de dimensões diferentes, inseridos na rede, dificultam o deslizamento das camadas e tornam a liga mais dura sem retirar o brilho nem a condutividade características dos metais.
3. c) Contraste este comportamento com o de um cristal iônico quando este é deformado.

Na cozinha, o sal desaparece ao mexê-lo na água, mas o óleo forma gotas e não se mistura.

1. a) Explique, pelo tipo de ligação e pelas interações que se estabelecem com a água, por que o sal comum (NaCl) se dissolve em água.

1. b) Justifique, com a regra «o semelhante dissolve o semelhante», por que o óleo não se dissolve em água.

A $20\ \celsius$ pode se dissolver até $36\ \text{g}$ de $\text{NaCl}$ por cada $100\ \text{g}$ de água, mas apenas $0,0002\ \text{g}$ de $\text{AgCl}$.

1. a) Calcule quantos gramas de sal de cozinha podem se dissolver, no máximo, em $250\ \text{g}$ de água a $20\ \celsius$.
2. b) Explique, com a ajuda de um esquema no seu caderno, como as moléculas de água envolvem e separam os íons ao se dissolver o sal (hidratação dos íons).
3. c) Conclua por que afirmar que «as substâncias iônicas se dissolvem em água» é apenas uma aproximação.

A areia da praia é sílica, $\text{SiO}_2$: dura, não conduz a eletricidade e funde a $1710\ \celsius$.

1. a) Deduza, a partir dessas propriedades, que tipo de ligação e que estrutura a sílica possui.
2. b) O $\text{CO}_2$, com o mesmo tipo de ligação covalente, é um gás à temperatura ambiente: explique como isso é possível.
3. c) Justifique por que a areia serve como matéria-prima para a fabricação de vidro e o $\text{CO}_2$ não poderia servir.

Três substâncias apresentam as seguintes propriedades. X: funde a $1538\ \celsius$, conduz no estado sólido e líquido e é maleável. Y: funde a $801\ \celsius$, só conduz quando fundida ou dissolvida e é frágil. Z: sublima a $-78\ \celsius$, não conduz em caso algum e forma cristais macios.

1. a) Deduza, com justificativa, o tipo de ligação que predomina em cada substância.
2. b) Proponha uma substância real que possa corresponder a cada uma.
3. c) Para cada propriedade da lista, indique que aspecto da estrutura da substância a explica.

Considere estas substâncias e os respectivos pontos de fusão: $\text{CH}_4$ ($-182\ \celsius$), $\text{H}_2\text{O}$ ($0\ \celsius$), $\text{NaCl}$ ($801\ \celsius$), $\text{CaO}$ ($2572\ \celsius$) e $\text{MgO}$ ($2852\ \celsius$). Os pontos de fusão estão representados na figura.

1. a) Ordene-as em ordem crescente de ponto de fusão.
2. b) Explique por que o metano e a água, substâncias moleculares, fundem a temperaturas tão baixas em comparação com as redes iônicas.
3. c) Compare o $\text{NaCl}$ com o $\text{MgO}$ e o $\text{CaO}$: que papel desempenham as cargas $1+/1-$ em comparação com as cargas $2+/2-$?
4. d) Sem conhecer o valor, preveja se o ponto de fusão do $\text{KCl}$ (íons $\text{K}^{+}$ e $\text{Cl}^{-}$) será mais próximo do do $\text{NaCl}$ ou do do $\text{MgO}$, e justifique a resposta.

Num laboratório existem três frascos sem rótulo com pós brancos: sal de cozinha ($\text{NaCl}$), açúcar (sacarose, uma substância molecular) e areia ($\text{SiO}_2$).

1. a) Elabore um procedimento com três testes — solubilidade em água, condutividade da solução e comportamento ao aquecimento forte — para identificar o conteúdo de cada frasco.
2. b) Preveja o resultado de cada substância em cada teste.
3. c) Explique cada resultado com base na ligação e na estrutura da substância.

O eletrodo negativo das baterias de íon-lítio dos celulares é de grafite: ao carregar o celular, os íons $\text{Li}^{+}$ alojam-se entre as suas camadas, e o eletrodo deve, além disso, conduzir a corrente. A inserção dos íons entre as camadas é apresentada na figura.

1. a) Explique, a partir da sua estrutura em camadas, por que razão a grafite consegue alojar íons entre elas.
2. b) Explique por que razão a grafite cumpre o requisito de conduzir a eletricidade, ao contrário de outros materiais covalentes.
3. c) Justifique por que razão o diamante não poderia ser utilizado como eletrodo de uma bateria.

Composição: «A ligação química explica o mundo material».

1. a) Escolha o sal de cozinha, a água, o cobre e o diamante e, para cada substância, explique o seu ponto de fusão, a sua condutividade elétrica e a sua dureza a partir do tipo de ligação e da estrutura que forma.
2. b) Termine enunciando com palavras suas uma regra geral que relacione a estrutura de uma substância (moléculas ou rede cristalina) com as suas propriedades.