Exercícios: Propriedades das substâncias consoante a sua 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.

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.

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.

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?

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 «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.

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?

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.

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.

As linhas de alta tensão são de alumínio e os cabos domésticos são de cobre; as suas densidades são $2,70\ \text{g/cm}^3$ e $8,96\ \text{g/cm}^3$, respectivamente.

1. a) Explique por que razão ambos os metais conduzem a corrente elétrica.
2. b) Justifique, com base nas densidades, que vantagem existe em estender quilômetros de cabo de alumínio suspenso nos postes.
3. c) O cobre conduz melhor do que o alumínio para a mesma seção: justifique o que é mais vantajoso no interior de uma parede, onde o peso não é relevante.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 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.

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.

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.