22.14.10: Capítulo 10

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Líquidos e sólidos são semelhantes porque são matéria composta de átomos, íons ou moléculas. Eles são incompressíveis e têm densidades semelhantes, ambas muito maiores que as dos gases. Eles são diferentes porque os líquidos não têm forma fixa e os sólidos são rígidos.

Eles são semelhantes porque os átomos ou moléculas são livres para se mover de uma posição para outra. Eles diferem porque as partículas de um líquido estão confinadas à forma do recipiente em que são colocadas. Em contraste, um gás se expandirá sem limite para preencher o espaço no qual é colocado.

Todos os átomos e moléculas se condensarão em um líquido ou sólido no qual as forças de atração excedem a energia cinética das moléculas, a uma temperatura suficientemente baixa.

(a) As forças de dispersão ocorrem quando um átomo desenvolve um momento de dipolo temporário quando seus elétrons são distribuídos assimetricamente em torno do núcleo. Essa estrutura é mais prevalente em átomos grandes, como argônio ou radônio. Um segundo átomo pode então ser distorcido pela aparência do dipolo no primeiro átomo. Os elétrons do segundo átomo são atraídos para a extremidade positiva do primeiro átomo, o que configura um dipolo no segundo átomo. O resultado final são dipolos temporários de flutuação rápida que se atraem (por exemplo, Ar). (b) Uma atração dipolo-dipolo é uma força que resulta de uma atração eletrostática da extremidade positiva de uma molécula polar pela extremidade negativa de outra molécula polar (por exemplo, moléculas ICI se atraem pela interação dipolo-dipolo). (c) As ligações de hidrogênio se formam sempre que um átomo de hidrogênio é ligado a um dos átomos mais eletronegativos, como um átomo de flúor, oxigênio ou nitrogênio. A atração eletrostática entre o átomo de hidrogênio parcialmente positivo em uma molécula e o átomo parcialmente negativo em outra molécula dá origem a uma forte interação dipolo-dipolo chamada ligação de hidrogênio (por exemplo, $HF ⋯ HF).$

As forças de Londres normalmente aumentam à medida que o número de elétrons aumenta.

11.

(a) SiH ₄ < HCl < H ₂ O; (b) F ₂ < Cl ₂ < Br ₂; (c) CH ₄ < C ₂ H ₆ < C ₃ H ₈; (d) N ₂ < O ₂ < NO

13.

Somente interações dipolo-dipolo bastante pequenas de ligações C-H estão disponíveis para manter o n-butano no estado líquido. O cloroetano, no entanto, tem interações dipolares bastante grandes devido à ligação Cl-C; a interação, portanto, é mais forte, levando a um ponto de ebulição mais alto.

15.

−85 °C. A água tem ligações de hidrogênio mais fortes, então ela derrete a uma temperatura mais alta.

17.

A ligação de hidrogênio entre duas moléculas de fluoreto de hidrogênio é mais forte do que entre duas moléculas de água porque a eletronegatividade de F é maior que a de O. Consequentemente, a carga negativa parcial em F é maior do que aquela em O. A ligação de hidrogênio entre o H parcialmente positivo e o maior F parcialmente negativo será mais forte do que aquele formado entre H e O.

19.

A ligação H é o principal FMI que mantém as cadeias de proteína unidas. A ligação H está entre $N - H$ e $C = O .$

21.

(a) forças de ligação de hidrogênio, atração dipolo-dipolo e dispersão; (b) forças de dispersão; (c) forças de atração e dispersão dipolo-dipolo

23.

As moléculas de água têm fortes forças intermoleculares de ligação de hidrogênio. As moléculas de água são, portanto, fortemente atraídas umas pelas outras e exibem uma tensão superficial relativamente grande, formando um tipo de “pele” em sua superfície. Essa pele pode suportar um inseto ou clipe de papel se colocada suavemente na água.

25.

A temperatura tem um efeito sobre as forças intermoleculares: quanto maior a temperatura, maiores são as energias cinéticas das moléculas e maior a extensão em que suas forças intermoleculares são superadas e, portanto, mais fluido (menos viscoso) é o líquido. Quanto mais baixa a temperatura, menos as forças intermoleculares são superadas e, portanto, menos viscoso é o líquido.

27.

(a) À medida que a água atinge temperaturas mais altas, as energias cinéticas aumentadas de suas moléculas são mais eficazes para superar a ligação de hidrogênio e, portanto, sua tensão superficial diminui. A tensão superficial e as forças intermoleculares estão diretamente relacionadas. (b) A mesma tendência na viscosidade é vista como na tensão superficial e pelo mesmo motivo.

29.

1.7 $\times$ 10 ⁻⁴ m

31.

O calor é absorvido pelo gelo, fornecendo a energia necessária para superar parcialmente as forças de atração intermoleculares no sólido e causando uma transição de fase para a água líquida. A solução permanece a 0 °C até que todo o gelo esteja derretido. Somente a quantidade de água existente no gelo muda até que o gelo desapareça. Então, a temperatura da água pode subir.

33.

Podemos ver a quantidade de líquido em um recipiente aberto diminuir e sentir o cheiro do vapor de alguns líquidos.

35.

A pressão de vapor de um líquido diminui à medida que a força de suas forças intermoleculares aumenta.

37.

Conforme a temperatura aumenta, a energia cinética média das moléculas de gasolina aumenta e, portanto, uma fração maior das moléculas tem energia suficiente para escapar do líquido do que em temperaturas mais baixas.

39.

Eles são iguais quando a pressão do gás acima do líquido é exatamente 1 atm.

41.

aproximadamente 95 °C

43.

(a) A 5000 pés, a pressão atmosférica é menor do que no nível do mar e, portanto, a água ferverá a uma temperatura mais baixa. Essa temperatura mais baixa fará com que as mudanças físicas e químicas envolvidas no cozimento do ovo prossigam mais lentamente, e é necessário mais tempo para cozinhá-lo totalmente. (b) Enquanto o ar ao redor do corpo contiver menos vapor de água do que o máximo que o ar pode reter nessa temperatura, a transpiração evaporará, resfriando o corpo removendo o calor de vaporização necessário para vaporizar a água.

45.

As forças de dispersão aumentam com a massa ou o tamanho molecular. À medida que o número de átomos que compõem as moléculas nessa série homóloga aumenta, aumenta também a extensão da atração intermolecular via forças de dispersão e, consequentemente, a energia necessária para superar essas forças e vaporizar os líquidos.

47.

O ponto de ebulição do CS ₂ é maior que o do CO ₂ parcialmente devido ao maior peso molecular do CS ₂; consequentemente, as forças de atração são mais fortes no CS ₂. Seria de se esperar, portanto, que o calor de vaporização fosse maior que o de 9,8 kJ/mol para o CO ₂. Um valor de 28 kJ/mol parece razoável. Um valor de −8,4 kJ/mol indicaria uma liberação de energia após a vaporização, o que é claramente implausível.

49.

A energia térmica (calor) necessária para evaporar o líquido é removida da pele.

51.

125 J

53.

(a) 13,0 kJ; (b) É provável que o calor da vaporização tenha uma magnitude maior, pois no caso da vaporização, as interações intermoleculares devem ser completamente superadas, enquanto a fusão enfraquece ou destrói apenas algumas delas.

55.

Em baixas pressões e 0,005 °C, a água é um gás. À medida que a pressão aumenta para 4,6 torr, a água se torna sólida; à medida que a pressão aumenta ainda mais, ela se torna líquida. A 40° C, a água em baixa pressão é um vapor; em pressões superiores a cerca de 75 torr, ela se converte em um líquido. A −40 °C, a água passa de um gás para um sólido à medida que a pressão aumenta acima de valores muito baixos.

57.

(a) gás; (b) gás; (c) gás; (d) gás; (e) sólido; (f) gás

59.

Um eixo x é rotulado à esquerda como “Completo” e à direita como “Vazio”. Um eixo y é rotulado na parte superior como “P.” Abaixo do eixo x está o rótulo “Quantidade liberada”. Uma linha horizontal que então se inclina para baixo é desenhada na metade da linha vertical e rotulada à esquerda como “65 a t m”. Cerca de dois terços do eixo x, ele se inclina para baixo em uma linha reta para encontrar a etiqueta “vazia” na parte inferior direita do eixo.

61.

Sim, o gelo sublimará, embora possa levar vários dias. O gelo tem uma pequena pressão de vapor e algumas moléculas de gelo formam gás e escapam dos cristais de gelo. Com o passar do tempo, mais e mais sólidos se convertem em gás até que, eventualmente, as roupas estejam secas.

63.

(uma)

Esta figura mostra um eixo x que é rotulado como “Temperatura (K)” e um eixo y chamado “Pressão (P a)”. O eixo x é marcado em incrementos de 2000 a partir de 0. O eixo y está marcado em 0, 10 a 7, dez a 9 e dez a 11. Há uma linha ligeiramente inclinada negativamente que passa pelo eixo x em cerca de 3800. A partir dessa linha, há uma linha que se curva para cima e depois para baixo para a esquerda para passar pelo eixo y de dez para o 9. Há outra linha que sobe e vai para a direita. Os dois quadrantes à direita são rotulados como “Água (líquido)” e “Vapor de água (gás)”.

(b)

(c)

(d)

(e) sublimação em fase líquida (f)

65.

(e) cristais moleculares

67.

O gelo tem uma estrutura cristalina estabilizada pela ligação de hidrogênio. Essas forças intermoleculares são de força comparável e, portanto, requerem a mesma quantidade de energia para serem superadas. Como resultado, o gelo derrete em uma única temperatura e não em uma faixa de temperatura. As várias moléculas muito grandes que compõem a manteiga experimentam atrações variadas de van der Waals de vários pontos fortes que são superados em várias temperaturas e, portanto, o processo de fusão ocorre em uma ampla faixa de temperatura.

69.

(a) iônico; (b) rede covalente; (c) molecular; (d) metálico; (e) rede covalente; (f) molecular; (g) molecular; (h) iônico; (i) iônico

71.

X = iônico; Y = metálico; Z = rede covalente

73.

(b) sólido metálico

75.

A estrutura dessa forma de ferro de baixa temperatura (abaixo de 910° C) é cúbica centrada no corpo. Há um oitavo átomo em cada um dos oito cantos do cubo e um átomo no centro do cubo.

77.

oito

79.

81.

(a) 1,370 Å; (b) 19,26 g/cm

83.

(a) 2,176 Å; (b) 3,595 g/cm ³

85.

A estrutura cristalina do Si mostra que ele é menos compactado (coordenação número 4) no sólido do que o Al (coordenação número 12).

87.

Em uma matriz mais compacta, existem dois orifícios tetraédricos para cada ânion. Se apenas metade dos orifícios tetraédricos estiverem ocupados, o número de ânions e cátions será igual. A fórmula do sulfeto de cádmio é CDs.

89.

Co ₃ O ₄

91.

Em uma matriz cúbica simples, apenas um furo cúbico pode ser ocupado como um cátion para cada ânion na matriz. A proporção entre tálio e iodeto deve ser 1:1; portanto, a fórmula para tálio é TLi.

93.

59,95%; O número de oxidação do titânio é +4.

95.

Ambos os íons são de tamanho próximo: Mg, 0,65; Li, 0,60. Essa semelhança permite que os dois se troquem com bastante facilidade. A diferença de carga geralmente é compensada pela troca de Si ⁴⁺ por Al ³⁺.

97.

Homem ₂ de ₃

99.

1,48 Å

101.

2.874 Å

103.

20,2°

105.

1,74 $\times$ 10 ⁴ eV