Propriedades das substâncias consoante a sua ligação

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

Explica, com base na sua ligação iónica 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) Indica que estrutura tem cada substância: moléculas ou rede cristalina?
2. b) Explica, a partir dessa diferença estrutural, por que razão 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 iónicos com a mesma estrutura. Os pontos de fusão são comparados na figura.

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

Os cabos das habitações são de cobre, um sólido que conduz a corrente. O modelo do mar de eletrões é apresentado na figura.

Explica, utilizando o modelo do mar de eletrões, 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 o fundires ou dissolveres em água, passa a conduzir.

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

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

1. a) Prevê o que observarás ao colocar sal de cozinha sólido entre os elétrodos e explica o resultado.
2. b) Repete a previsão dissolvendo previamente o sal em água.
3. c) Que papel desempenha a mobilidade dos iões na diferença de resultados?

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

1. a) Explica por que razão ambos os metais conduzem a corrente elétrica.
2. b) Justifica, com base nas massas volúmicas, que vantagem existe em estender quilómetros de cabo de alumínio suspenso nos postes.
3. c) O cobre conduz melhor do que o alumínio para a mesma secção: justifica o que é mais vantajoso no interior de uma parede, onde o peso não é relevante.

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

1. a) Explica que partículas transportam a corrente na água da torneira e qual a sua origem ($\text{Ca}^{2+}$, $\text{Mg}^{2+}$, $\text{Na}^{+}$, $\text{Cl}^{-}$... dissolvidos).
2. b) Por que razão a água destilada quase não conduz a corrente, se a molécula de água possui eletrões?
3. c) Ordena as três águas pela sua concentração de iões e relaciona-a com a respetiva condutividade.

Dissolves $1\ \text{mol}$ de $\text{NaCl}$ num litro de água e $1\ \text{mol}$ de $\text{CaCl}_2$ noutro litro. Dado: $N_{\text{A}} = 6,022\cdot10^{23}\ \text{mol}^{-1}$.

1. a) Calcula quantas moles de iões existem no total em cada solução.
2. b) Calcula quantos iões individuais contém cada solução; apresenta o resultado em notação científica com duas casas decimais na mantissa.
3. c) Justifica qual das duas soluções conduzirá melhor a corrente elétrica.

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.

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

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

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

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

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

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

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

1. a) Desenha no teu caderno duas camadas de iões e explica o que acontece quando uma camada da rede iónica desliza sobre a outra: que sinais de carga ficam frente a frente?
2. b) Contrasta o resultado anterior com o que sucede no metal quando as suas camadas de catiões deslizam.
3. c) Conclui por que razão dizemos que os sais são «frágeis» e os metais, «maleáveis».

Podes fazê-lo em papel e enviar uma fotografia com a tua resposta.

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

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

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

1. a) Explica, a partir da estrutura em camadas da grafite, por que razão esta consegue alojar iões entre elas.
2. b) Explica por que razão a grafite cumpre o requisito de conduzir a eletricidade, ao contrário de outros materiais covalentes.
3. c) Justifica por que razão o diamante não poderia ser utilizado como elétrodo 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) Explica, com base no modelo do mar de eletrões, 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 demasiado maleável: justifica 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) Contrasta este comportamento com o de um cristal iónico quando este é deformado.

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

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

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

A $20\ \celsius$ podem dissolver-se 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) Calcula quantos gramas de sal de cozinha se podem dissolver, no máximo, em $250\ \text{g}$ de água a $20\ \celsius$.
2. b) Explica, com a ajuda de um esquema no teu caderno, como é que as moléculas de água rodeiam e separam os iões ao dissolver-se o sal (hidratação dos iões).
3. c) Conclui por que razão afirmar que «as substâncias iónicas 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) Deduz, a partir dessas propriedades, que tipo de ligação e que estrutura possui a sílica.
2. b) O $\text{CO}_2$, com o mesmo tipo de ligação covalente, é um gás à temperatura ambiente: explica como é que isso é possível.
3. c) Justifica por que razão a areia serve como matéria-prima para o fabrico de vidro e o $\text{CO}_2$ não poderia servir.

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) Concebe 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) Prevê o resultado de cada substância em cada teste.
3. c) Explica cada resultado com base na ligação e na estrutura da substância.

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) Deduz, com justificação, o tipo de ligação que predomina em cada substância.
2. b) Propõe uma substância real que possa corresponder a cada uma.
3. c) Para cada propriedade da lista, indica que aspeto da estrutura da substância a explica.

Considera estas substâncias e os respetivos 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 encontram-se representados na figura.

1. a) Ordena-as por ordem crescente de ponto de fusão.
2. b) Explica por que razão o metano e a água, substâncias moleculares, fundem a temperaturas tão baixas em comparação com as redes iónicas.
3. c) Compara 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 conheceres o respetivo valor, prevê se o ponto de fusão do $\text{KCl}$ (iões $\text{K}^{+}$ e $\text{Cl}^{-}$) será mais próximo do do $\text{NaCl}$ ou do do $\text{MgO}$, e justifica a resposta.

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

1. a) Escolhe o sal de cozinha, a água, o cobre e o diamante e, para cada substância, explica 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) Termina enunciando por palavras tuas uma regra geral que relacione a estrutura de uma substância (moléculas ou rede cristalina) com as suas propriedades.

Desafio do tema. Como é que a estrutura microscópica determina a utilização doméstica dos materiais? Desenha um estudo comparativo entre três substâncias da tua casa: sal de cozinha ($NaCl$), etanol ($CH_3-CH_2-OH$) e papel de alumínio ($Al$).

1. Classificação teórica: Justifica a estabilidade eletrónica dos seus átomos e iões segundo a regra do octeto, identifica o tipo de ligação presente em cada substância e descreve as propriedades do grupo funcional do etanol.

2. Recolha de dados caseira: Mede com um termómetro de cozinha ($\pm 0,5\ ^\circ\text{C}$) a evolução térmica ao evaporar-se um guardanapo embebido em água em comparação com outro em etanol. Regista a temperatura a cada $30\text{ s}$ durante $3\text{ min}$ ($t \pm 1\text{ s}$) e consulta a entalpia de vaporização oficial de ambas na base de dados NIST Chemistry WebBook. Atenção: usa uma pequena quantidade de etanol (inflamável), num local ventilado e longe de chamas, fogões acesos ou fontes de calor.

3. Tratamento de dados: Constrói uma tabela com os valores e incertezas e traça o gráfico $T = f(t)$. Calcula o declive médio de arrefecimento ($\Delta T / \Delta t$) e relaciona a volatilidade com as ligações intermoleculares.

4. Produto final: Elabora um relatório fundamentado (no máximo uma página) comparando a volatilidade, a condutividade e os pontos de fusão dos três materiais de acordo com a sua ligação (iónica, covalente molecular e metálica).

Será valorizado:

• Rigor ao explicar a estabilidade eletrónica, os tipos de ligação e o grupo funcional.

• Precisão na realização das medições experimentais, expressão de incertezas e qualidade gráfica.

• Coerência na justificação das propriedades macroscópicas a partir da ligação química.