Escrito por Yan Benevinuto.

Iniciante

Quando orbitais atômicos são preenchidos com elétrons o orbital de menor energia disponível é preenchido primeiro e, depois, os orbitais seguintes são completados em ordem crescente de energia. Assim, a regra de Hund assim como o princípio de Pauli hão de ser considerados. No entanto, há exceções a essa regra. Por exemplo, no caso da prata:

Perceba que, experimentalmente, houve uma exceção a regra de Hund, pois o orbital 4d foi preenchido completamente antes do orbital 5s, o que não deveria ocorrer pelo diagrama de Linus Pauling. Portanto, o cátion Ag+ é diamagnético, pois, ao ter seu elétron de valência removido, resta apenas pares de elétrons, ou seja, não há mais elétrons desemparelhados. Esse fenômeno ocorre em números atômicos nos quais orbitais ns e (n-1)d começam a se igualar em energia, até o ponto de que o orbital ns supera a energia do orbital (n-1)d. Observe:

 

A partir de Z= 24 as energias dos níveis são muito próximas e os elétrons são preenchidos como se “pertencessem a um subnível”. Em Z=28, a energia desses orbitais se iguala, e, a partir de Z>28, a energia de 4s>3d. Agora, vamos para o segundo caso, que envolve orbitais 5s e 4d, bastante similar ao primeiro caso:

Entre Z=41 e Z=43, temos que a energia dos orbitais são próximas e são preenchidos como se pertencessem “ao mesmo subnível”. A partir de Z>44 ocorre a inversão da energia dos níveis. 

Sabendo disso, responda:

a) Quais configurações eletrônicas são especialmente favorecidas?

b) Escreva as configurações eletrônicas para os seguintes cátions metálicos,atentando-se para essa mudança de energia dos orbitais.
(Use a abreviação do cerne de gás nobre se quiser, para camadas eletrônicas completas.)

i) $Fe^{3+}$  ii)$Mn^{3+}$

iii) $Pd^{4+}$ iv) $Cr^{3+}$

v) $Fe^{2+}$ vi) $Pb^{2+}$

vii) $Au^{3+}$ viii) $Co^{2+}$

ix) $Cu^+$ x) $Ti^{2+}$

 

Intermediário

A 500°C, a arsina, $AsH_3$, decompõe-se rapidamente e totalmente em uma reação de primeira-ordem para gerar arsênio e hidrogênio.

a) Escreva a equação reacional e a equação da velocidade da reação.

A cinética da da decomposição foi estudada a uma temperatura constante baixa em um tubo fechado. No começo do experimento, houve arsina pura gasosa em um tubo com a pressão $p^0 = 86,1 kPa$. Após 120 minutos, a pressão aumentou para $p_{120} = 112,6 kPa$.

b) Determine a pressão ao fim da decomposição.

c) Determine a constante de velocidade e a constante de meia vida da reação.

d) Qual o tempo necessário para decompor 99% da arsina? ( Nesse caso, use $k= 1,3*10^{-4} s^{-1}$

Avançado

2 mol de oxigênio a 273 K tem um volume de $11,2 dm^3$. O gás pode ser considerado perfeito com capacidade térmica de $C_v = 21,1 Jmol^{-1}K^{-1}$, que deve ser independente da temperatura.
a) Calcule a pressão do gás.
b) Dê os diferentes significados de $C_p$ e $C_v$. Explique por que esses valores precisam ser diferentes e calcule o $C_p$

A amostra de gás mencionada acima é aquecida reversivelmente a 373 K em volume constante.
c) Quanto trabalho é feito no sistema?
d) Calcule o aumento da energia interna.
e) Calcule o calor que foi adicionado ao sistema.
f) Qual é a pressão final?
g) Qual é o aumento da entalpia H?

A amostra de gás (2 mol a 373 K em $11,2 dm^3$) é pode expandir mantendo a temperatura contra um pistão que suporta uma pressão de 2 atm.

h) Calcule o trabalho realizado pela expansão.
i) Qual é a mudança na energia interna e na entalpia do gás?
j) Calcule o calor absorvido pelo gás.

A dependência do ponto de ebulição do metano à pressão é bem descrita pela equação empírica: $log (p / bar) = 3,99 -\dfrac{443}{Ts/K-0,49}$
k) Determine o ponto de ebulição do metano a uma pressão de 3 bar.

A diferença na energia interna do metano líquido e gasoso no ponto de ebulição de 112 K à pressão atmosférica é de $7,25 kJ mol^{-1}$.
Um objeto é resfriado pela evaporação do CH4 (l).

l) Qual volume de CH4 (g) a 1.000 atm deve ser formado pelo líquido para remover 32,5 kJ de calor
do objeto?