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8/19/2019 Aula+1+-+ligações+químicas+e+intermoleculares.pdf

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Aula 1

Profa. Heloisa França Maltez

2016

Universidade Federal do ABC

BC0307 – Transformações Químicas

Introdução às Transformações químicas:

Definição, impacto na sociedade, ligações

químicas e interações intermoleculares



A química e seu impacto na sociedade

A química, apesar de estudar as substâncias materiais e

suas transformações, não deixa de ser uma ciênciaestreitamente ligada à vida.

Os materiais provêm da natureza e, após processados

quimicamente, voltam a interagir com ela.

Esses materiais, extraídos do ambiente, são importantespara construir desde abrigos até ferramentas einstrumentos.

Além disso, a natureza funciona através de delicadosequilíbrios químicos, produzindo uma infinidade desubstâncias.

2

http://quimicaemfoco.spaceblog.com.br/139819/A-quimica-e-seu-impacto-na-sociedade/






Indústrias Químicas

• Os produtos químicos podem ser agrupados em dois grandes blocos:

Produtos químicosde uso industrial

Produtos inorgânicos

Produtos orgânicos

Resinas e elastômeros

Produtos e preparadosquímicos diversos

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Produtos químicosde uso final

Produtos farmacêuticos

Higiene pessoal, perfumaria ecosméticos

Adubos e fertilizantes

Defensivos agrícolas

Sabões, detergentes eprodutos de limpeza

Tintas, esmaltes e vernizes

Outros

Adaptado da apresentação da ABIQUIM ( www.abiquim.org.br )4



Dimensão da indstria química no Brasil

Faturamento líquido da indústria química brasileira – 2010*

Produtosquímicos de

uso industrialUS$ 63,8

Produtosfarmacêuticos

US$ 19,9Higienepessoal,

perfumaria ecosméticos

US$ 13,8

Adubos efertilizantes

US$ 11,2

DefensivosagrícolasUS$ 7,0

Sabões edetergentes

US$ 7,7

Tintas,esmaltes e

vernizesUS$ 3,9

FibrasUS$ 1,1

OutrosUS$ 1,8

Total US$ 130,2bilhões*

* estimado

Fontes: Abiquim e associações dos segmentos

Em 2010, a indústriaquímica teve

participação de2,4% no PIB

brasileiro. O setor éo 4º em

participação no PIBindustrial

(10,1% - base IBGE2009).

Dados Sobre a Indústria Química Brasileira:Setor químico é o segundo em importância na formação do PIB Industrial



Ranking da indústria química mundial

Fontes: ACC, Cefic e Abiquim

PAÍS FATURAMENTOESTADOS UNIDOS 674

CHINA 635

JAPÃO 286

ALEMANHA 213

FRANÇA 135

ITÁLIA 105

CORÉIA 104

BRASIL 101

REINO UNIDO 97

ÍNDIA 93

HOLANDA 66

ESPANHA 65

RÚSSIA 64

7ª posição

US$ bilhões

Total mundial estimado: US$ 4.124,5 bilhões

PAÍS FATURAMENTOCHINA 903

ESTADOS UNIDOS 720

JAPÃO 338

ALEMANHA 229

CORÉIA 139

FRANÇA 137

BRASIL 130

ÍNDIA 125

ITÁLIA 105

REINO UNIDO 94

RÚSSIA 83

HOLANDA 73

ESPANHA 70

Dados Sobre a Indústria Química Brasileira:Brasil está entre os dez mais importantes no ranking mundial.



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Onde estão os produtos químicos?

Alguns exemplos:



Tratamento de água

clorodióxido de cloro

São utilizados para oxidardetritos e destruirmicroorganismos

cloreto de ferrosulfato de alumínio

Absorvem e precipitama sujeira, eliminandocor, gosto e odores

carvão ativo Retém micropoluentese detergentes

hidróxido de sódio Neutraliza a acidez da

água



Agricultura

Fertilizantes químicos

Repõem elementos, como nitrogênio,fósforo e potássio,

cálcio, entre outros, retirados

do solo pela ação de chuvas,ventos, queimadase constantes colheitas.



In: Angelo C. Pinto, Cesar Zucco, Jailson B. de Andrade, Paulo C. Vieira

Recursos humanos para novos cenários. Quim. Nova, Vol. 32, No. 3, 567-570, 2009

A sustentabilidade envolve produtos, processos, energia, competitividade econômica e,especialmente, não agredir o ambiente e a vida.



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O que são Transformações Fisícas e Transformações

Químicas?



Transformaçõesfísicas

Transformaçõesquímicas

Alteram a identidade das substâncias?

NÃO SIM

gelo água líquida,Vidro quebrado

Fazer um bolo,Respirar,

Fotossíntese

A matéria que nos rodeia está em constante mudança,sofrendo inúmeras transformações.

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Transformações Físicas

água(líquido)

água(vapor)

H2O(l) → H2O(g)REPRESENTAÇÃO:

NÍVEL MACROSCÓPICO:(observação de mudanças) NÍVEL SUBMICROSCÓPICO:(interpretação molecular)

água líquida água gasosa

Apesar de o estado físico ter mudado,

a identidade da substância água é perservada.



Transformações Químicas

Hidrogênio e oxigênio

2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l)REPRESENTAÇÃO:

NÍVEL MACROSCÓPICO:(observação de mudanças) NÍVEL SUBMICROSCÓPICO:(interpretação molecular)

hidrogênio + oxigênio água

Uma ou mais substâncias são transformadas

em substâncias diferentes.

vapor de água



O que caracteriza uma transformação química?



Exemplos de transformação química....



As transformações químicas podem ocorrer por ação de...

Calor

Corrente elétrica

Luz

Mecânica



Características para uma transformação química:

Presença de reagentes!

Formação de produtos!

Mudanças qualitativas (cor, odor, vapor,temperatura, etc);

Conservação das massas (Lavoisier, Prost eDalton)

Mudança na orientação dos átomos (isomeria)



Transformações Químicasna Escala de Átomos e Moléculas

Antes de investigar as transformações químicas, precisamos entender:

1) como os átomos se combinam para formar moléculas(ligação química)

2) como as moléculas interagem entre si(interações intermoleculares)



Teoria atômica da matéria

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A evolução do modelo atômico contou com a contribuição de quatro

cientistas principais: Dalton, Thomson, Rutherford e Bohr



• John Dalton (1808):Dalton acreditava que o átomo era uma esfera maciça,

homogênea, indestrutível, indivisível e de carga elétrica neutra.

– Cada molécula é composta de átomos.

Teoria atômica da matéria

– Nas reações químicas, os átomos não são alterados (na reaçãonuclear sim! Perdem massa do núcleo).

– Todos os átomos de um elemento são idênticos.

• Os compostos são formados quando átomos de mais de umelemento se combinam.

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Incorreto, devido à existência de isótopos, todos os átomos de um elemento nãotêm a mesma massa

Válido até hoje. Inclusive essa definição explica bem porque a massa éconservada nas reações químicas.



O átomo: entidades neutras,

negativas e positivas.

A descoberta da estrutura atômica:

Thomson (1897)

• todas entidades eram

encontradas em uma esfera.

• Sem núcleo.

• Pudim de passas!22



A descoberta da estrutura atômica:

Rutherford (1911)

Partículas alfa(2P e 2N)

incidentes

Poucos desvios

das partículasalfa

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Caixa de chumbo

contendo polônio



O átomo com núcleo!

A descoberta da estrutura atômica: Rutherford

Único meio de desviar poucaspartículas alfa seria a presençade um núcleo denso (prótons enêutrons) e o restante doátomo de maior volume(elétrons)

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A descoberta da estrutura atômica

• Número atômico (Z) = número de prótons no núcleo.

• Número de massa (A) = número total de prótons e nêutrons.

• Por convenção, para um elemento X, escreve-se ZAX.

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Ligações químicas interatômicas

• Ligação química: é a força atrativa que mantém dois ou mais

átomos unidos.

• Ligação covalente: compartilhamento de elétrons entre doisátomos. Normalmente ocorre entre elementos não-metálicos(elementos não metais e H). Dois átomos têm a mesma tendência

de ganhar e perder elétrons.

• Ligação iônica: resulta da transferência de elétrons de um metal(muito eletropositivo) para um não-metal (muito eletronegativo).

• Ligação metálica: é a força atrativa que mantém metais purosunidos. Ligas.



Símbolos de Lewis

Exemplo: Cl 1e livre + Na 1e livre = NaCl

Exemplo: Ar: sem elétrons livres

Exemplo: C 4e livres + 4 Cl com 1e livre cada = CCl4



Ligação iônica - Exercício

Considere a reação:Na(s) + ½Cl2(g) NaCl(s) DHº f = -410,9 kJ

• Por quepodemos dizerque o NaCl é

mais estável doque oselementos queo constituem?

• Na= 1s2, 2s2, 2p6, 3s1 Cl= 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p5



Ligação iônica – Energia de rede

• Energia de rede: é a energia necessária para separar

completamente um mol de um composto sólido iônico(ligação iônica) em íons.

d

QQ E l 21

• Ela depende das cargas e dos tamanhos dos íons:Onde: k é uma constante (8,99 x 109 J m/C2), Q1 e Q2 são as cargas nas partículas e

d é a distância entre seus centros.

• Se diminuimos a distância entre os íons?

• Se aumentarmos as cargas dos íons?



Energia de rede para compostos iônicos

SolubilidadeMgO:

0,0086 g/100ml H2O

SolubilidadeNaCl:36 g/

100ml H2O



Ligações químicas – ligação metálica

Interação entre os átomos na rede cristalina que compõe ometal.

Grande número de entidades iguais mantidas coesas em umretículo cristalino.

Há um mesmo tipo de ligação entre átomos, que se repete ao

longo da rede. Nuvem eletrônica (elétrons livres)

Carga elétrica total nula.

Elétrons com certa mobilidade favorece:

-Condução de calor;-Condução de eletricidade.



Exercício:

Descreva resumidamente (2 parágrafos) as propriedade físicas,químicas, ação biológica e aplicações do tungstênio.



Ligações químicas - covalente

• Dois átomos se ligam sem perda ou ganho de elétrons (formação

de um octeto);

• Cada par de elétrons compartilhado é uma ligação química.

• Exemplo: H + H H2 tem elétrons (2) em uma linha conectandoos dois núcleos de H.




34



Estruturas de Lewis

• Ligações covalentes: representadas pelos símbolos de Lewis:

Cl + Cl Cl Cl

Cl Cl H FH O

H

H N H

H CH

H

HH


• Um par de elétrons em uma ligação é representado por uma linha:

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Li õ í i l t



Ligações múltiplas

• Par de elétrons compartilhado entre dois átomos :• Um par = ligação simples (H2);

• Dois pares = ligação dupla (O2);

• Três pares = ligação tripla (N2).

H H O O N N


• Quanto maior o número de pares de elétrons compartilhadosmenor a distância entre os átomos.

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Li õ í i l t l id d l t ti id d



Eletronegatividade: “

compartilhamento desigual” dos

elétrons

Ligações químicas – covalente: polaridade e eletronegatividade

• Eletronegatividade: é a habilidade de um átomo de atrair elétronspara si em certa molécula.

• Pauling estabeleceu as eletronegatividades em uma escala de 0,7

(Cs) a 4,0 (F).

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• Eletronegatividade aumenta:

• ao logo de um período e• ao descermos em um grupo.


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• A diferença na eletronegatividade entre dois átomos é uma

medida da polaridade de ligação:


• Diferença póxima a 0: ligações covalentes apolares ;

• Diferença próximas a 2: ligações covalentes polares;

• Diferença próxima a 3: ligações iônicas (transferência deelétrons).

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Pólo positivo

+ -

Pólo negativo

covalenteapolar

covalentepolar

Ligaçãoiônica

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Li õ í i l t M t d di l



• Considere HF:

Qr

Ligações químicas – covalente: Momentos de dipolo

onde Q é a grandeza das cargas.

• Diferença de eletronegatividade = ligação polar.• Densidade eletrônica maior no F que no H.

• Há duas ‘extremidades’ diferentes da molécula, portantotemos um dipolo em HF.

• O momento de dipolo, , é a ordem de grandeza do dipolo:

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Ligações químicas covalente: Momentos de dipolo



Vetor Momento de Dipolo

Exemplos:

Cl — Cl :

H — Cl :H — O :

H — C:

H — H :

polarfortemente polar

praticamente apolar (momento de dipolo é muito pequeno)

apolar


apolar

Ligações químicas covalente: Momentos de dipolo



Geometria Molecular e Polaridade

geometria planar

pirâmide trigonal

ligação B — F é polar

vetor momento dipolar resultante = 0

ligação N — H é polar

vetor momento dipolar resultante ≠ 0

molécula é POLAR

molécula é APOLAR


Li õ í i E í i



Ligações químicas - Exercício

geometriatetraédrica

Determinar a polaridade de cada ligação e da molécula como um todo:

escala de eletronegatividade

I t õ I t l l



Interações Intermoleculares

A atração entre moléculas é uma força intermolecular.

A ligação covalente que mantém uma molécula unida é uma força

intramolecular.

As interações intermoleculares são muito mais fracas do que asintramoleculares (por exemplo, 16 kJ mol-1 versus 431 kJ mol-1 para o HCl).

I â i P á i d I õ I l l



Importância Prática das Interações Intermoleculares

Determinam propriedades da matériacomo ponto de fusão / ebulição esolubilidade.

Têm papel importante em processosquímicos e bioquímicos (ex.: produçãoindustrial de etanol).

O conhecimento adquirido permite odesenvolvimento de novos materiais compropriedades desejadas (ex. adesivos).

Interações Intermoleculares e os



E cin << E pot

çEstados Físicos da Matéria

ENERGIA POTENCIAL(interações)

ATRAÇÃO

REPULSÃO

ENERGIA CINÉTICA(depende da temperatura)

E pot

T = 40 K

T = 85 K

T = 150 K

E cin >> E potE cin ≈ E pot

(SÓLIDO) (LÍQUIDO) (GÁS)

Exemplo ilustrativo: dois átomos de argônio (Ar) se aproximando:

A Energia entre as moléculas diminui comaumento de temperatura

Interações Intermoleculares e os



çEstados Físicos da Matéria

SÓLIDO

LÍQUIDO

GÁS

Partículas não têm energia suficiente paraescapar da atração dos vizinhos e podem formarestruturas organizadas.

Partículas movem-se em relação aos vizinhos masnão têm energia suficiente para escapar totalmentede sua influência.

Partículas possuem muita energia cinética e movem-se quase que livremente (consideraremos que não háinteração intermolecular).

E i R l ti d I t õ



Forças íon-dipolo

“Ligações” iônicas

Forças de London

Forças dipolo-dipolo

Ligação Hidrogênio

E

Energias Relativas das Interações

Forças de van der Waals

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A atração entre moléculas é uma força intermolecular

Continuamos na próxima aula



KOTZ, J. C.; TREICHEL Jr., P. Química Geral e Reações Químicas. São Paulo:

Thomson Pioneira, 2005. 2 v.

Atkins & Jones; Princípios de Química: questionando a vida moderna e omeio ambiente, 3a ou 5a edições.

Livros e textos relacionados:

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