Exercícios: Ligação iónica, covalente e metálica

No sal, na água e no cobre os átomos encontram-se unidos de três formas distintas.

1. a) Descreve o que acontece aos eletrões de valência na ligação iónica, na covalente e na metálica.
2. b) Utiliza os termos «transferência», «partilha» e «deslocalização» na tua resposta.
3. c) Associa cada uma das três substâncias do enunciado ao respetivo tipo de ligação.

O sal comum, $\text{NaCl}$, é formado por iões ordenados num cristal.

1. a) Explica o que acontece aos eletrões de valência do sódio e do cloro quando o composto se forma.
2. b) Que partículas formam o sal e que força as mantém unidas?
3. c) Desenha no teu caderno uma porção da rede cristalina alternando iões $\text{Na}^{+}$ e $\text{Cl}^{-}$.

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

Uma molécula de água, $\text{H}_2\text{O}$, contém um átomo de oxigénio ligado a dois átomos de hidrogénio.

1. a) Que tipo de ligação une o oxigénio aos hidrogénios?
2. b) Quantas ligações existem na molécula e quantos eletrões partilha o oxigénio no total?
3. c) Quantos eletrões fornece cada átomo de hidrogénio para a sua ligação?

Um prego de ferro é um pedaço de metal formado unicamente por átomos de $\text{Fe}$.

1. a) Explica em que consiste o «mar de eletrões» da ligação metálica.
2. b) O que significa dizer que os eletrões estão deslocalizados?
3. c) Se os eletrões partilhados desaparecessem, como interagiriam entre si os catiões de ferro? Justifica por que razão se diz que o mar de eletrões é a «cola» do metal.

Classifica as seguintes substâncias de acordo com o tipo de ligação predominante, justificando cada resposta com base nos elementos que se combinam:

1. a) $\text{MgO}$, o óxido de magnésio dos antiácidos.
2. b) $\text{CO}_2$, o gás das bolhas dos refrigerantes.
3. c) $\text{Cu}$, o metal dos cabos.
4. d) $\text{NH}_3$, o amoníaco dos produtos de limpeza.
5. e) $\text{KBr}$, um sal utilizado em fotografia.
6. f) $\text{N}_2$, o gás maioritário do ar.

Algumas substâncias formam redes cristalinas e outras formam moléculas.

1. a) Explica a diferença entre as duas estruturas.
2. b) Apresenta um exemplo de substância que forme uma rede cristalina e outro de substância molecular.
3. c) Em qual dos dois casos faz sentido falar de «uma molécula» isolada? Justifica a resposta.

O diamante é carbono puro. Nele, cada átomo de carbono está ligado a outros quatro átomos de carbono, formando uma estrutura tridimensional contínua.

1. a) Que tipo de ligação une os átomos de carbono entre si?
2. b) O diamante é uma substância molecular ou uma rede cristalina?
3. c) Quantas ligações forma cada átomo de carbono?

A eletronegatividade mede a força com que um átomo atrai a si os eletrões de uma ligação; os metais têm eletronegatividade baixa e os não-metais, alta.

1. a) Completa a regra prática: metal + não-metal → ligação ...; não-metal + não-metal → ligação ...; metal + metal → ligação ....
2. b) Justifica cada caso pensando em quem «puxa» com mais força pelos eletrões.

O óxido de magnésio, $\text{MgO}$, é o princípio ativo de alguns antiácidos estomacais. Dados: $Z(\text{Mg}) = 12$, $Z(\text{O}) = 8$.

1. a) Escreve as configurações eletrónicas dos átomos de magnésio e de oxigénio e as dos iões que formam.
2. b) Explica, a partir das cargas desses iões, por que razão a fórmula do composto é $\text{MgO}$ e não $\text{Mg}_2\text{O}$ nem $\text{MgO}_2$.
3. c) Com que gás nobre é isoeletrónico cada ião?

Escreve a fórmula do composto iónico formado pelos seguintes pares de iões, sabendo que o conjunto deve ser eletricamente neutro:

1. a) $\text{Ca}^{2+}$ e $\text{Cl}^{-}$, o sal de degelo das estradas.
2. b) $\text{Al}^{3+}$ e $\text{O}^{2-}$, a camada de óxido que protege o alumínio.
3. c) $\text{Na}^{+}$ e $\text{S}^{2-}$.

Em cada caso, indica quantos iões de cada tipo são necessários e verifica que a carga total é zero.

O dióxido de carbono, $\text{CO}_2$, é exalado por nós na respiração e absorvido pelas plantas. Dados: $Z(\text{C}) = 6$, $Z(\text{O}) = 8$.

1. a) Calcula o número total de eletrões de valência da molécula.
2. b) Sabendo que o carbono forma uma ligação dupla com cada oxigénio, desenha no teu caderno o diagrama de Lewis da molécula.
3. c) Quantos pares de eletrões partilha o carbono? Verifica que cumpre a regra do octeto.

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

O amoníaco, $\text{NH}_3$, confere o seu cheiro característico a muitos produtos de limpeza. Dados: $Z(\text{N}) = 7$, $Z(\text{H}) = 1$.

1. a) Calcula o número total de eletrões de valência da molécula.
2. b) Desenha no teu caderno o seu diagrama de Lewis.
3. c) Quantos pares de eletrões partilhados e quantos pares não partilhados tem o azoto?

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

Ninguém jamais isolou «uma molécula de sal»: o $\text{NaCl}$ forma uma rede cristalina cúbica na qual cada ião está rodeado por seis iões de carga oposta.

1. a) Explica por que razão, para os compostos iónicos, se fala em «unidade de fórmula» e não em molécula.
2. b) O que representa, então, a fórmula $\text{NaCl}$?
3. c) Desenha no teu caderno uma camada da rede, alternando iões $\text{Na}^{+}$ e $\text{Cl}^{-}$.

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

Classifica a ligação de cada substância e indica se forma moléculas ou rede cristalina, justificando a resposta:

1. a) O bronze dos sinos, uma liga de cobre e estanho.
2. b) A areia da praia, $\text{SiO}_2$.
3. c) O fluoreto de sódio das pastas de dentes, $\text{NaF}$.
4. d) O azoto do ar, $\text{N}_2$.
5. e) O cloreto de cálcio do sal de degelo, $\text{CaCl}_2$.

Com estes valores de eletronegatividade: $\text{Na} = 0,9$, $\text{Cl} = 3,0$, $\text{H} = 2,1$, $\text{O} = 3,5$, $\text{C} = 2,5$ e $\text{Mg} = 1,2$; e a regra prática de que uma diferença de eletronegatividade $\Delta\text{EN} > 1,7$ corresponde a uma ligação predominantemente iónica. Os valores de eletronegatividade estão representados sobre uma escala na figura.

1. a) Calcula $\Delta\text{EN}$ para as ligações de $\text{NaCl}$, $\text{H}_2\text{O}$ (ligação $\text{O}-\text{H}$), $\text{CO}_2$ (ligação $\text{C}-\text{O}$) e $\text{MgO}$.
2. b) Classifica cada ligação como predominantemente iónica ou covalente.
3. c) Explica por que razão a ligação $\text{O}-\text{H}$, sendo covalente, é considerada «polar».

O azoto dos sacos de batatas fritas protege o alimento por ser um gás muito pouco reativo. As moléculas $\text{H}_2$, $\text{O}_2$ e $\text{N}_2$ têm, respetivamente, uma ligação simples, uma dupla e uma tripla.

1. a) Desenha no teu caderno o diagrama de Lewis das três moléculas.
2. b) Quantos eletrões são partilhados em cada uma?
3. c) Justifica por que razão a ligação tripla do $\text{N}_2$ o torna um gás tão inerte que é utilizado como atmosfera protetora.

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

Quando uma fita de magnésio arde no ar não se forma apenas $\text{MgO}$: surge também nitreto de magnésio, $\text{Mg}_3\text{N}_2$. Dados: $Z(\text{Mg}) = 12$, $Z(\text{N}) = 7$.

1. a) Escreve as configurações eletrónicas dos dois átomos e dos iões $\text{Mg}^{2+}$ e $\text{N}^{3-}$.
2. b) Justifica a fórmula $\text{Mg}_3\text{N}_2$ verificando que a carga total do composto é nula.
3. c) Com que gás nobre é isoeletrónico cada ião? Comenta o que esta situação tem de particular.

Um laboratório analisa duas substâncias desconhecidas. A substância A funde a $770\ \celsius$, não conduz a corrente no estado sólido, mas conduz fundida ou dissolvida em água, e é muito solúvel. A substância B ferve a $-161\ \celsius$, não conduz em nenhum estado e é insolúvel em água.

1. a) Deduz, fundamentando, que tipo de ligação predomina em cada substância.
2. b) Propõe uma substância conhecida que possa corresponder a cada uma.
3. c) Explica, com base na estrutura de cada uma, o dado relativo à condutibilidade elétrica.

O diamante e o sal comum são ambos redes cristalinas com pontos de fusão extremamente elevados e, contudo, comportam-se de forma muito distinta.

1. a) Explica que partículas ocupam os nós de cada rede e que forças as mantêm unidas.
2. b) O sal fundido conduz a eletricidade, mas o diamante no estado sólido não a conduz: explica a diferença com base nos eletrões de cada estrutura.
3. c) Justifica por que razão ambas as substâncias fundem a temperaturas tão elevadas, apesar de as suas ligações terem natureza diferente.

O elétrodo negativo das baterias de lítio dos telemóveis é de grafite. Na grafite, cada carbono liga-se apenas a outros três, formando camadas de hexágonos, e o seu quarto eletrão de valência fica deslocalizado ao longo de toda a camada.

1. a) Desenha no teu caderno a estrutura de uma camada de grafite.
2. b) Explica por que razão a grafite conduz a eletricidade embora a ligação entre os seus átomos seja covalente.
3. c) Aponta a analogia entre os eletrões deslocalizados da grafite e o mar de eletrões de um metal.

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

Na água é necessário distinguir dois tipos de forças: as ligações covalentes $\text{O}-\text{H}$ no interior de cada molécula, muito fortes, e as forças entre moléculas (ligações de hidrogénio), muito mais fracas. Observa o esquema:

1. a) Explica a diferença entre forças intramoleculares e intermoleculares.
2. b) Para ferver água, que forças é necessário vencer? E para a decompor em $\text{H}_2$ e $\text{O}_2$?
3. c) Utiliza o que aprendeste para explicar por que razão a água ferve a apenas $100\ \celsius$, mas decompô-la quimicamente exige temperaturas extremamente elevadas ou uma eletrólise.

A molécula de $\text{CO}_2$ tem $16$ eletrões de valência e duas ligações duplas.

1. a) Verifica, através da contagem de eletrões, que com essa estrutura o carbono e os dois oxigénios cumprem a regra do octeto.
2. b) Quantos pares de eletrões ligantes e quantos pares não ligantes existem na molécula?
3. c) Aplica a mesma contagem à molécula de $\text{N}_2$ ($10$ eletrões de valência, ligação tripla) e desenha ambos os diagramas de Lewis no teu caderno.

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

O mercúrio é o único metal líquido à temperatura ambiente e, tal como o cobre ou o alumínio, conduz a corrente elétrica.

1. a) Descreve o modelo da ligação metálica: que partículas existem e como estão organizadas.
2. b) Explica, recorrendo a esse modelo, por que razão um metal conduz a eletricidade tanto no estado sólido como no líquido.
3. c) O bronze (cobre e estanho) e o aço inoxidável (ferro, crómio e níquel) também conduzem: explica por que razão misturar vários metais não «destrói» a ligação metálica.

Composição: «Três formas de ligação».

1. a) Compara a ligação iónica, a covalente e a metálica respondendo, para cada uma, a três perguntas: o que acontece aos eletrões de valência?, que estrutura se forma, moléculas ou rede?, que exemplo a ilustra melhor, $\text{NaCl}$, $\text{CO}_2$ ou $\text{Fe}$?
2. b) Conclui explicando como é possível prever o tipo de ligação a partir da posição dos elementos na tabela periódica.