2.12: Exercícios

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2.1 Ideias iniciais em teoria atômica

No desenho a seguir, as esferas verdes representam átomos de um determinado elemento. As esferas roxas representam átomos de outro elemento. Se as esferas de diferentes elementos se tocarem, elas fazem parte de uma única unidade de um composto. A seguinte mudança química representada por essas esferas pode violar uma das ideias da teoria atômica de Dalton. Qual deles?

Essa equação contém os materiais iniciais de uma única esfera verde mais duas esferas roxas menores unidas. Quando os materiais de partida são somados, os produtos da mudança são uma esfera roxa ligada a uma esfera verde mais uma esfera roxa ligada a uma esfera verde.

Qual postulado da teoria de Dalton é consistente com a seguinte observação sobre os pesos dos reagentes e produtos? Quando 100 gramas de carbonato de cálcio sólido são aquecidos, 44 gramas de dióxido de carbono e 56 gramas de óxido de cálcio são produzidos.

Identifique o postulado da teoria de Dalton que é violado pelas seguintes observações: 59,95% de uma amostra de dióxido de titânio é titânio; 60,10% de uma amostra diferente de dióxido de titânio é titânio.

Amostras dos compostos X, Y e Z são analisadas, com os resultados mostrados aqui.

Composto	Descrição	Massa de carbono	Massa de hidrogênio
X	claro, incolor, líquido com forte odor	1,76 g	0,148 g
Y	claro, incolor, líquido com forte odor	1.974 g	0,329 g
Z	claro, incolor, líquido com forte odor	7,812 g	0,651 g

Esses dados fornecem exemplo (s) da lei das proporções definidas, da lei das proporções múltiplas, nenhuma ou ambas? O que esses dados dizem sobre os compostos X, Y e Z?

2.2 Evolução da teoria atômica

A existência de isótopos viola uma das ideias originais da teoria atômica de Dalton. Qual deles?

Como os elétrons e prótons são semelhantes? Como eles são diferentes?

Como os prótons e os nêutrons são semelhantes? Como eles são diferentes?

Preveja e teste o comportamento de partículas α disparadas contra um átomo modelo de “pudim de ameixa”.

(a) Preveja os caminhos percorridos pelas partículas α que são disparadas contra átomos com a estrutura do modelo de pudim de ameixa da Thomson. Explique por que você espera que as partículas α sigam esses caminhos.

(b) Se partículas α de maior energia do que as de (a) forem disparadas contra átomos de pudim de ameixa, preveja como seus caminhos serão diferentes dos caminhos das partículas α de baixa energia. Explique seu raciocínio.

(c) Agora teste suas previsões de (a) e (b). Abra a simulação de dispersão de Rutherford e selecione a guia “Átomo de pudim de ameixa”. Defina “Energia de partículas alfa” para “min” e selecione “mostrar traços”. Clique na arma para começar a disparar partículas α. Isso corresponde à sua previsão de (a)? Caso contrário, explique por que o caminho real seria o mostrado na simulação. Clique no botão de pausa ou “Redefinir tudo”. Defina “Energia das Partículas Alfa” para “máx” e comece a disparar partículas α. Isso corresponde à sua previsão de (b)? Caso contrário, explique o efeito do aumento de energia nos caminhos reais, conforme mostrado na simulação.

Preveja e teste o comportamento de partículas α disparadas em um modelo de átomo de Rutherford.

(a) Preveja os caminhos percorridos pelas partículas α que são disparadas contra átomos com uma estrutura de modelo de átomo de Rutherford. Explique por que você espera que as partículas α sigam esses caminhos.

(b) Se partículas α de maior energia do que as de (a) forem disparadas contra átomos de Rutherford, preveja como seus caminhos serão diferentes dos caminhos de partículas α de baixa energia. Explique seu raciocínio.

(c) Preveja como os caminhos percorridos pelas partículas α serão diferentes se forem disparadas contra átomos de Rutherford de elementos que não sejam ouro. Que fator você espera que cause essa diferença de caminhos e por quê?

(d) Agora teste suas previsões de (a), (b) e (c). Abra a simulação de Rutherford Scattering e selecione a guia “Rutherford Atom”. Devido à escala da simulação, é melhor começar com um núcleo pequeno, então selecione “20” para prótons e nêutrons, “min” para energia, mostre traços e comece a disparar partículas α. Isso corresponde à sua previsão de (a)? Caso contrário, explique por que o caminho real seria o mostrado na simulação. Pause ou reinicie, ajuste a energia para “máximo” e comece a disparar partículas α. Isso corresponde à sua previsão de (b)? Caso contrário, explique o efeito do aumento de energia no caminho real, conforme mostrado na simulação. Pause ou reinicie, selecione “40” para prótons e nêutrons, “min” para energia, mostre traços e dispare. Isso corresponde à sua previsão de (c)? Caso contrário, explique por que o caminho real seria o mostrado na simulação. Repita isso com um número maior de prótons e nêutrons. Que generalização você pode fazer em relação ao tipo de átomo e efeito no caminho das partículas α? Seja claro e específico.

2.3 Estrutura atômica e simbolismo

10.

De que forma os isótopos de um determinado elemento são sempre diferentes? De que forma (s) eles são sempre iguais?

11.

Escreva o símbolo para cada um dos seguintes íons:

(a) o íon com carga 1+, número atômico 55 e número de massa 133

(b) o íon com 54 elétrons, 53 prótons e 74 nêutrons

(d) o íon com 24 elétrons, 30 nêutrons e uma carga de 3 ou mais

12.

Escreva o símbolo para cada um dos seguintes íons:

(a) o íon com uma carga 3+, 28 elétrons e um número de massa de 71

(b) o íon com 36 elétrons, 35 prótons e 45 nêutrons

(d) o íon com carga 2+, número atômico 38 e número de massa 87

13.

Abra a simulação Build an Atom e clique no ícone Atom.

(a) Escolha qualquer um dos primeiros 10 elementos que você gostaria de construir e declare seu símbolo.

(b) Arraste prótons, nêutrons e elétrons para o modelo do átomo para criar um átomo do seu elemento.
Indique o número de prótons, nêutrons e elétrons em seu átomo, bem como a carga líquida e o número de massa.

(d) Preveja se seu átomo será estável ou instável. Exponha seu raciocínio.

(e) Marque a caixa “Estável/Instável”. Sua resposta para (d) estava correta? Caso contrário, primeiro preveja o que você pode fazer para criar um átomo estável do seu elemento e depois faça isso e veja se funciona. Explique seu raciocínio.

14.

Abra a simulação Build an Atom.

(a) Arraste prótons, nêutrons e elétrons para o modelo do átomo para criar um átomo neutro de oxigênio-16 e dar o símbolo do isótopo para esse átomo.

(b) Agora adicione mais dois elétrons para fazer um íon e dê o símbolo do íon que você criou.

15.

Abra a simulação Build an Atom.

(a) Arraste prótons, nêutrons e elétrons para o modelo do átomo para criar um átomo neutro de lítio-6 e dar o símbolo do isótopo para esse átomo.

(b) Agora remova um elétron para fazer um íon e dê o símbolo do íon que você criou.

16.

Determine o número de prótons, nêutrons e elétrons nos seguintes isótopos usados em diagnósticos médicos:

(a) número atômico 9, número de massa 18, carga de 1−

(b) número atômico 43, número de massa 99, carga de 7+

(d) número atômico 81, número de massa atômica 201, carga de 1+

(e) Nomeie os elementos nas partes (a), (b), (c) e (d).

17.

A seguir estão as propriedades dos isótopos de dois elementos que são essenciais em nossa dieta. Determine o número de prótons, nêutrons e elétrons em cada um e nomeie-os.

(a) número atômico 26, número de massa 58, carga de 2+

(b) número atômico 53, número de massa 127, carga de 1−

18.

Dê o número de prótons, elétrons e nêutrons em átomos neutros de cada um dos seguintes isótopos:

(uma) $_{5}^{10} B$

(b) $_{80}^{199} Hg$

(d) $_{6}^{13} C$

(e) $_{34}^{77} Se$

19.

Dê o número de prótons, elétrons e nêutrons em átomos neutros de cada um dos seguintes isótopos:

(uma) $_{3}^{7} Li$

(b) $_{52}^{125} Te$

(d) $_{7}^{15} N$

(e) $_{15}^{31} P$

20.

Clique no site e selecione a guia “Misturar isótopos”, oculte as caixas “Composição percentual” e “Massa atômica média” e selecione o elemento boro.

(a) Escreva os símbolos dos isótopos de boro que são mostrados como ocorrendo naturalmente em quantidades significativas.

(b) Preveja as quantidades relativas (porcentagens) desses isótopos de boro encontrados na natureza. Explique o raciocínio por trás de sua escolha.

(c) Adicione isótopos à caixa preta para fazer uma mistura que corresponda à sua previsão em (b). Você pode arrastar os isótopos de suas caixas ou clicar em “Mais” e, em seguida, mover os controles deslizantes para as quantidades apropriadas.

(d) Revele as caixas “Composição percentual” e “Massa atômica média”. Quão bem sua mistura combina com sua previsão? Se necessário, ajuste as quantidades de isótopos para corresponder à sua previsão.

(e) Selecione a mistura de isótopos “da natureza” e compare-a com sua previsão. Quão bem sua previsão se compara com a mistura que ocorre naturalmente? Explique. Se necessário, ajuste seus valores para que correspondam aos valores da “natureza” o mais próximo possível.

21.

Repita o Exercício 2.20 usando um elemento que tenha três isótopos naturais.

22.

Um elemento tem as seguintes abundâncias naturais e massas isotópicas: 90,92% de abundância com 19,99 amu, 0,26% de abundância com 20,99 amu e 8,82% de abundância com 21,99 amu. Calcule a massa atômica média desse elemento.

23.

As massas atômicas médias listadas pela IUPAC são baseadas em um estudo de resultados experimentais. O bromo tem dois isótopos, ⁷⁹ Br e ⁸¹ Br, cujas massas (78,9183 e 80,9163 amu, respectivamente) e abundâncias (50,69% e 49,31%, respectivamente) foram determinadas em experimentos anteriores. Calcule a massa atômica média do bromo com base nesses experimentos.

24.

Variações na massa atômica média podem ser observadas para elementos obtidos de diferentes fontes. O lítio é um exemplo disso. A composição isotópica do lítio de minerais naturais é de 7,5% ⁶ Li e 92,5% ⁷ Li, que têm massas de 6,01512 amu e 7,01600 amu, respectivamente. Uma fonte comercial de lítio, reciclada de uma fonte militar, era de 3,75% ⁶ Li (e o restante ⁷ Li). Calcule os valores médios da massa atômica para cada uma dessas duas fontes.

25.

As massas atômicas médias de alguns elementos podem variar, dependendo das fontes de seus minérios. O boro de ocorrência natural consiste em dois isótopos com massas conhecidas com precisão (¹⁰ B, 10.0129 amu e ¹¹ B, 11.00931 amu). A massa atômica real do boro pode variar de 10.807 a 10.819, dependendo se a fonte mineral é da Turquia ou dos Estados Unidos. Calcule as abundâncias percentuais que levam aos dois valores das massas atômicas médias de boro desses dois países.

26.

A razão de abundância de ¹⁸ O: ¹⁶ O em alguns meteoritos é maior do que a usada para calcular a massa atômica média de oxigênio na Terra. A massa média de um átomo de oxigênio nesses meteoritos é maior, menor ou igual à de um átomo de oxigênio terrestre?

2.4 Fórmulas químicas

27.

Explique por que o símbolo de um átomo do elemento oxigênio e a fórmula de uma molécula de oxigênio são diferentes.

28.

Explique por que o símbolo do elemento enxofre e a fórmula de uma molécula de enxofre são diferentes.

29.

Escreva as fórmulas moleculares e empíricas dos seguintes compostos:

(uma)

A Figura A mostra um átomo de carbono que forma duas ligações duplas separadas com dois átomos de oxigênio.

(b)

A Figura B mostra um átomo de hidrogênio que forma uma ligação única com um átomo de carbono. O átomo de carbono forma uma ligação tripla com outro átomo de carbono. O segundo átomo de carbono forma uma ligação única com um átomo de hidrogênio.

(c)

A Figura C mostra um átomo de carbono formando uma ligação dupla com outro átomo de carbono. Cada átomo de carbono forma uma única ligação com dois átomos de hidrogênio.

(d)

A Figura D mostra um átomo de enxofre formando ligações simples com quatro átomos de oxigênio. Dois dos átomos de oxigênio formam uma única ligação com um átomo de hidrogênio.

30.

Escreva as fórmulas moleculares e empíricas dos seguintes compostos:

(uma)

A Figura A mostra um diagrama estrutural de quatro átomos de carbono unidos em uma cadeia. Os dois átomos de carbono à esquerda formam uma ligação dupla entre si. Todos os átomos de carbono restantes formam ligações simples entre si. O carbono mais à esquerda também forma ligações simples com dois hidrogênios. O segundo carbono na cadeia forma uma ligação única com um átomo de hidrogênio. O terceiro carbono da cadeia forma uma ligação única com dois átomos de hidrogênio cada. O carbono mais à direita forma uma única ligação com três átomos de hidrogênio cada.

(b)

A Figura B mostra um diagrama estrutural de uma molécula que tem uma cadeia de quatro átomos de carbono. O átomo de carbono mais à esquerda forma uma ligação única com três átomos de hidrogênio cada e uma ligação única com o segundo átomo de carbono. O segundo átomo de carbono forma uma ligação tripla com o terceiro átomo de carbono. O terceiro átomo de carbono forma uma ligação única com o quarto átomo de carbono. O quarto átomo de carbono forma uma ligação única com três átomos de hidrogênio cada.

(c)

A Figura C mostra um diagrama estrutural de dois átomos de silício unidos com uma única ligação. Cada um dos átomos de silício forma ligações simples com dois átomos de cloro cada e um átomo de hidrogênio.

(d)

A Figura D mostra um diagrama estrutural de um átomo de fósforo que forma uma ligação única com quatro átomos de oxigênio cada. Cada um dos átomos de oxigênio tem uma única ligação com um átomo de hidrogênio.

31.

Determine as fórmulas empíricas para os seguintes compostos:

(a) cafeína, C ₈ H ₁₀ N ₄ O ₂

b) sacarose, C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁

(d) glicose, C ₆ H ₁₂ O ₆

(e) ácido ascórbico (vitamina C), C ₆ H ₈ O ₆

32.

Determine as fórmulas empíricas para os seguintes compostos:

(a) ácido acético, C ₂ H ₄ O ₂

(b) ácido cítrico, C ₆ H ₈ O ₇

(d) nicotina, C ₁₀ H ₁₄ N ₂

(e) butano, C ₄ H ₁₀

33.

Escreva as fórmulas empíricas para os seguintes compostos:

(uma)

A Figura A mostra um diagrama estrutural de dois átomos de carbono que formam uma única ligação entre si. O átomo de carbono esquerdo forma ligações simples com cada átomo de hidrogênio. O carbono certo forma uma ligação dupla a um átomo de oxigênio. O carbono certo também forma um único ligado a outro átomo de oxigênio. Esse átomo de oxigênio também forma uma ligação única com um átomo de hidrogênio.

(b)

A Figura B mostra um diagrama estrutural contendo um carbono mais à esquerda que forma ligações simples a três átomos de hidrogênio cada. Esse carbono mais à esquerda também forma uma ligação única com um segundo átomo de carbono. O segundo átomo de carbono forma uma ligação dupla com um átomo de oxigênio. O segundo carbono também forma uma ligação única com um segundo átomo de oxigênio. Esse átomo de oxigênio forma uma única ligação a um terceiro átomo de carbono. Esse terceiro átomo de carbono forma ligações simples com dois átomos de hidrogênio cada, bem como uma única ligação com outro átomo de carbono. O átomo de carbono mais à direita forma uma ligação única com três átomos de hidrogênio cada.

34.

Abra a simulação Construir uma molécula e selecione a guia “Moléculas maiores”. Selecione o “Kit” de um átomo apropriado para construir uma molécula com dois átomos de carbono e seis átomos de hidrogênio. Arraste os átomos para o espaço acima do “Kit” para criar uma molécula. Um nome aparecerá quando você tiver criado uma molécula real que existe (mesmo que não seja a que você deseja). Você pode usar a ferramenta de tesoura para separar átomos se quiser alterar as conexões. Clique em “3D” para ver a molécula e veja as possibilidades de preenchimento de espaço e de bola e bastão.

(a) Desenhe a fórmula estrutural dessa molécula e diga seu nome.

(b) Você pode organizar esses átomos de alguma forma para formar um composto diferente?

35.

Use a simulação Construir uma molécula para repetir o Exercício 2.34, mas construa uma molécula com dois carbonos, seis hidrogênios e um oxigênio.

(a) Desenhe a fórmula estrutural dessa molécula e diga seu nome.

(b) Você pode organizar esses átomos para formar uma molécula diferente? Em caso afirmativo, desenhe sua fórmula estrutural e indique seu nome.

(c) Como as moléculas desenhadas em (a) e (b) são iguais? Como eles diferem? Como eles são chamados (o tipo de relação entre essas moléculas, não seus nomes).?

36.

Use a simulação Construir uma molécula para repetir o Exercício 2.34, mas construa uma molécula com três carbonos, sete hidrogênios e um cloro.

(a) Desenhe a fórmula estrutural dessa molécula e diga seu nome.

(b) Você pode organizar esses átomos para formar uma molécula diferente? Em caso afirmativo, desenhe sua fórmula estrutural e indique seu nome.

(c) Como as moléculas desenhadas em (a) e (b) são iguais? Como eles diferem? Como eles são chamados (o tipo de relação entre essas moléculas, não seus nomes)?

2.5 A tabela periódica

37.

Usando a tabela periódica, classifique cada um dos seguintes elementos como metal ou não metal e, em seguida, classifique cada um como elemento do grupo principal (representativo), metal de transição ou metal de transição interno:

(a) urânio

(b) bromo

(d) néon

(e) ouro

(f) amerício

(g) ródio

(h) enxofre

(i) carbono

(j) potássio

38.

(a) cobalto

(b) európio

(d) índio

(e) lítio

(f) oxigênio

(g) cádmio

(h) térbio

(i) rênio

39.

Usando a tabela periódica, identifique o membro mais leve de cada um dos seguintes grupos:

(a) gases nobres

(b) metais alcalino-terrosos

(d) calcogênios

40.

Usando a tabela periódica, identifique o membro mais pesado de cada um dos seguintes grupos:

(a) metais alcalinos

(b) calcogênios

(d) metais alcalino-terrosos

41.

Use a tabela periódica para fornecer o nome e o símbolo para cada um dos seguintes elementos:

(a) o gás nobre no mesmo período que o germânio

(b) o metal alcalino-terroso no mesmo período que o selênio

(d) o calcogênio no mesmo período que o cádmio

42.

Use a tabela periódica para fornecer o nome e o símbolo para cada um dos seguintes elementos:

(a) o halogênio no mesmo período que o metal alcalino com 11 prótons

(b) o metal alcalino-terroso no mesmo período com o gás nobre neutro com 18 elétrons

(d) o gás nobre no mesmo período que o ouro

43.

Escreva um símbolo para cada um dos seguintes isótopos neutros. Inclua o número atômico e o número de massa de cada um.

(a) o metal alcalino com 11 prótons e um número de massa de 23

(b) o elemento gasoso nobre com 75 nêutrons em seu núcleo e 54 elétrons no átomo neutro

(d) o metal alcalino-terroso com 88 elétrons e 138 nêutrons

44.

Escreva um símbolo para cada um dos seguintes isótopos neutros. Inclua o número atômico e o número de massa de cada um.

(a) o calcogênio com um número de massa de 125

(b) o halogênio cujo isótopo de vida mais longa é radioativo

(d) o metal alcalino mais leve com três nêutrons

2.6 Compostos iônicos e moleculares

45.

Usando a tabela periódica, preveja se os seguintes cloretos são iônicos ou covalentes: KCl, NCl ₃, iCl, MgCl ₂, PCl ₅ e CcL ₄.

46.

Usando a tabela periódica, preveja se os seguintes cloretos são iônicos ou covalentes: SiCl ₄, pCl ₃, CaCl ₂, CsCl, CuCl ₂ e CrCl ₃.

47.

Para cada um dos compostos a seguir, indique se é iônico ou covalente. Se for iônico, escreva os símbolos dos íons envolvidos:

(a) NF ₃

(b) BaO

_{(d) Sr (H ₂ PO ₄₂)}

(e) iBR

(f) Na ₂ O

48.

Para cada um dos compostos a seguir, indique se é iônico ou covalente e, se for iônico, escreva os símbolos dos íons envolvidos:

(a) KClO ₄

_{(b) Mg (C ₂ H ₃ O ₂₂)}

(d) Idade_{: 26} anos

(e) N ₂ Cl ₄

(f) Co (NO _₃₂)

49.

Para cada um dos seguintes pares de íons, escreva a fórmula do composto que eles formarão:

(a) Ca ²⁺, S ²⁻

(b) ${NH}_{4}^{+},$ ${ENTÃO}_{4}^{2−}$

(d) Na ⁺, ${LÚPULO}_{4}^{2−}$

(e) Mg ²⁺, ${PO}_{4}^{3−}$

50.

Para cada um dos seguintes pares de íons, escreva a fórmula do composto que eles formarão:

(a) K ⁺, O ²⁻

(b) ${NH}_{4}^{+},$ ${PO}_{4}^{3−}$

(d) Na ⁺, ${CO}_{3}^{2−}$

(e) Ba ²⁺, ${PO}_{4}^{3−}$

2.7 Nomenclatura química

51.

Nomeie os seguintes compostos:

(a) CsCl

(b) BaO

(d) BeCl ₂

(e) HBr

(f) Meio ₃

52.

Nomeie os seguintes compostos:

(a) NaF

(b) Rb ₂ O

(d) H ₂ Se

(ex) P ₄ O ₆

(f) iCl ₃

53.

Escreva as fórmulas dos seguintes compostos:

(a) brometo de rubídio

(b) seleneto de magnésio

(d) cloreto de cálcio

(e) fluoreto de hidrogênio

(f) fosforeto de gálio

(g) brometo de alumínio

(h) sulfato de amônio

54.

Escreva as fórmulas dos seguintes compostos:

(a) carbonato de lítio

(b) perclorato de sódio

(d) carbonato de amônio

(e) ácido sulfúrico

(f) acetato de cálcio

(g) fosfato de magnésio

(h) sulfito de sódio

55.

Escreva as fórmulas dos seguintes compostos:

(a) dióxido de cloro

(b) tetraóxido de dinitrogênio

(d) sulfeto de prata (I)

(e) fluoreto de alumínio trihidratado

(f) dióxido de silício

56.

Escreva as fórmulas dos seguintes compostos:

(a) cloreto de bário

(b) nitreto de magnésio

(d) tricloreto de nitrogênio

(e) trióxido de dinitrogênio

cloreto de (f) estanho (IV)

57.

Cada um dos compostos a seguir contém um metal que pode exibir mais de uma carga iônica. Nomeie esses compostos:

(a) Cr ₂ O ₃

(b) FeCl ₂

(d) TiCl ₄

_{(e) CoCl 26 · H ₂ O}

(f) MoS ₂

58.

Cada um dos compostos a seguir contém um metal que pode exibir mais de uma carga iônica. Nomeie esses compostos:

(a) NiCo ₃

(b) MoO ₃

(d) V ₂ O ₅

(e) N.o ₂

(f) Fez ₂ ou ₃

59.

Os seguintes compostos iônicos são encontrados em produtos domésticos comuns. Escreva as fórmulas para cada composto:

(a) fosfato de potássio

(b) sulfato de cobre (II)

(d) óxido de titânio (IV)

(e) nitrato de amônio

(f) bissulfato de sódio (o nome comum para hidrogenossulfato de sódio)

60.

Os seguintes compostos iônicos são encontrados em produtos domésticos comuns. Nomeie cada um dos compostos:

_{(a) Ca (H ₂ PO ₄₂)}

(b) FeSO ₄

(d) MgO

(e) Anno ₂

(f) II

61.

Quais são os nomes IUPAC dos seguintes compostos?

(a) dióxido de manganês

(b) cloreto de mercúrio (Hg ₂ Cl ₂)

(d) tetracloreto de titânio

(e) brometo cúprico (CuBr ₂)