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07/09/11
LIGAÇÕES QUÍMICAS
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Introdução
Ao longo do século XIX, enquanto se formulava a teoria atômica, sucederam-se com maior ou menor grau de acerto suposições sobre a natureza das forças que mantêm unidos os átomos nos compostos químicos. Uma das hipóteses mais aceitas foi a de Berzelius, segundo a qual as combinações químicas obedecem ao princípio da atração entre cargas elétricas de sinais opostos.
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Os átomos ligam-se para adquirir maior estabilidade com o mínimo de energia.
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tem dois elétrons na camada K. O neônio (Ne), argônio (Ar), criptônio (Kr), xenônio (Xe), radônio (Rn) e Ununóctio apresentam oito elétrons na camada de valência (que é a últ ima camada).
O gás h
élio (H
e)
O gás neônio (N
e)
O gás argônio (A
r),
O gás criptônio (K
r) ,
O gás xenônio (Xe)
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Sendo que o radônio tem sido aplicado como fonte de radiação em canceroterapia, oferecendo algumas vantagens sobre o rádio. Utiliza-se também como indicador radioativo para a detecção de fugas de gases e na medida da velocidade de escoamento de fluidos. Também é utilizado em sismógrafos e como fonte de neutrons. O átomo de rádon é altamente instável. Todos os seus isótopos têm semi-vidas extremamente curtas e emitem radiação alfa, transformando-se em polónio. O rádon é formado na desintegração do rádio e, portanto, todos os minerais que contêm rádio têm também rádon.
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Pela posição na tabela periódica, a previsão é que apresente propriedades químicas similares ao radônio. Por isso, também é conhecido pelo nome de eka-radônio. Provavelmente será o segundo elemento gasoso radioativo, e o primeiro gás com semicondutividade.
Ununóctio (do lat im um, um, oito) é o nome provisório do elemento químico superpesado s intét ico de número atômico 118 (118 prótons e 118 elétrons). Seu símbolo químico provisório e Ocupa o grupo 18 (VIIIA ou 0) da tabela periódica juntamente com os gases nobres.
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E. Eletroposit ivo + E. Eletronegativo IônicaE. Eletronegativo + E. Eletronegativo CovalenteE. Eletroposit ivo + E. Eletroposit ivo Metálica
As ligações químicas podem ser classificadas em 3 categorias:
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Ligação Iô
nica
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A ligação iônica ocorre entre metais e não metais e entre metais e hidrogênio. Num composto iônico, a quantidade de cargas negativas e positivas é igual.
A l igação entre o sódio (11Na) e o cloro (17Cl) é um exemplo característ ico de l igação iônica. Observe a distribuição dos elétrons em camadas para os dois elementos:Na 2 - 8 - 1 Cl 2 - 8 - 7
Cristal de cloreto de sódio
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±+
–
±+±+±+ ±+±+±
+±+
–
–
– ––
–
±+
–
–
–
±+
–
±+±+±+ ±+±+±
+±+
–
–
– ––
–
±+
–
–
––
–
–
–
––
–
Ligação Iônica no NaCl
±+
–
±+±+±+ ±+±+±
+±+
–
–
– ––
–
±+
–
–
–
–
sódio#e=2+8+1=#p
±+
–
±+±+±+±+±+±
+±+
–
–
– ––
–
±+
–
–
––
–
–
–
––
–
cloro#e=2+8+7=#p
–
–
Íon sódio #e = #p -1
íon cloreto #e = #p+1
elétrontotalmentetransferido
Carga negativa
Carga positiva
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Ligação Iônica no NaClCl- Cl- Cl- Cl-
Cl- Cl- Cl- Cl-
Cl- Cl- Cl- Cl-
Cl- Cl- Cl- Cl-
Na+ Na+ Na+
Na+ Na+ Na+
Na+ Na+ Na+
Na+
Na+
Na+
Na+ Na+ Na+ Na+
Opostos se atraem.
Sódios se acomodam entre cloros.
formam-se cristais cúbicos perfeitos.
Cl- Cl- Cl- Cl-
Cl- Cl- Cl- Cl-
Cl- Cl- Cl- Cl-
Cl- Cl- Cl- Cl-
Na+ Na+ Na+
Na+ Na+ Na+
Na+ Na+ Na+
Na+
Na+
Na+
Na+ Na+ Na+ Na+
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Para o cloro interessa adicionar um elétron à sua últ ima camada, completando a quantidade de oito elétrons nela. Ao sódio interessa perder o elétron de sua camada M, assim a anterior passará a ser a últ ima, já possuindo a quantidade necessária de elétrons. Na representação da l igação, uti l izamos somente os elétrons da últ ima camada de cada átomo. A seta indica quem cede e quem recebe o elétron. Cada elétron cedido deve ser s imbolizado por uma seta. Esta representação é conhecida por fórmula eletrônica ou de Lewis.
Então: METAL + NÃO-METAL → LIGAÇÃO IÔNICA
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Se os íons já estão formados e eletronicamente estáveis, haverá assim uma interação eletrostática, mais conhecida como ligação iônica. Esse fenômeno químico acontece obedecendo à regra: cargas com sinais opostos se atraem. Veja a equação:
Ca²+ + CO3²- → CaCO3
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É reconhecido como um dos quatro maiores cientistas da humanidade (Gali leu, Newton e Einstein).
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Foi pioneiro na aplicação da Mecânica Quântica em Química, e em 1954 foi galardoado com o Prêmio Nobel da Química pelo seu trabalho relativo à natureza das ligações químicas.
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Ligação covalente ou m
oleculares
Substâncias covalentes: formado entre não-metais
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Habilidade que os elementos possuem de estabelecer ligações químicas
VALÊNCIA
Elétrons de valência: elétrons mais externos do átomo e que participam das ligações químicas
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Ocorre, em geral , entre átomos de não metais onde a diferença deeletronegatividade seja baixa.
A ligação covalente decorre do compartilhamento de pares de elétrons, com spins oposto os ou Anti –paralelos, formando moléculas.
- se o par de elétrons é constituído por um elétron de cadaátomo envolvido, a ligação é dita covalente e normal ;- se o par de elétrons é cedido por apenas um dos átomosa ligação é dita covalente e dativa ou coordenada .
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Gerada pelo compartilhamento de elétrons de valência entre os átomos.
Cl - Cl
Ex: Molécula de Cl2
Elétrons de valência são os elétrons dos orbitais mais externos.
Um elétron de cada átomo é compartilhado com o outro, gerando uma camada completa para ambos.
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Tem uma grande faixa de energias de ligação => pontos de fusão
Energias da ordem de centenas de kJ/mol
Ex: Carbono na estrutura do diamante o 3550°C
Ex: Bismuto n 270°C
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DIAMANTEGRAFITE
Ligação forte
Ligação fraca
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Ligação covalente
Molécula de Oxigênio (O2)
Átomo de Oxigênio Átomo de Oxigênio
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Os elétrons de valência são compartilhadosForma-se com átomos de alta eletronegatividade A ligação covalente é direcional e forma ângulos bem definidos (apresenta um certo grau de ligação iônica)A ligação covalente é forte = 125-300 Kcal/molEsse tipo de ligação é comum em compostos orgânicos, por exemplo em materiais poliméricos e diamante.
Ex: metano (CH4)
Ligação Covalente(cont.)
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Ligações de hidrogênio ligam moléculas de água
O
O
H
H
HH+
+
+
–
–
+
+
Ligações de Hidrogênio
Moléculas de água têm leve separação de cargas
Elétrons preferem O em relação ao H
Ligações de Hidrogênio formam-se entre O de uma molécula de água e o H de outra
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Devido às ligações de hidrogênio, a água apresenta:
Tensão Superficial: concentração de ligações de hidrogênio na interface ar-água
Coesão: moleculas de água se associam entre si
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Devido às ligações de hidrogênio, a água apresenta:
Ação de Capilaridade: movimento da água através de tubos por coesão e adesão
Adesão: moléculas de água se associam com outras moléculas ou superfícies
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Devido às ligações de hidrogênio, a água apresenta:
Molhabilidade: movimento da água dentrode madeira ou gelatinapor ação de capilaridade
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Devido às ligações de hidrogênio, a água resiste a mudanças de temperatura
Água apresenta altos valores de
Calor específico: calor necessário para mudar a temperatura
Calor de Vaporização: calor necessário para
converter líquido em gas
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Devido às ligações de hidrogênio, a densidade diminui
sob congelamento
Gelo flutua !
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Água como solvente
Substâncias que são insolúveis em água = hidrofóbicas
Não-polares
Substâncias que se dissolvem em água = hidrofílicas
Polares
Iônicas
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NaCl dissolve em Água
Ligações Iônicas de NaCl têm cargas +/-
Água tem cargas +/- parciais
O tende a juntar-se ao Na+
H tende a juntar-se ao Cl-
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Dissociação+
Água
–
íon hidroxido
+
Íon hidrogênio
Umas poucas moléculas de água naturalmente se dissociam em íons
Íon hidróxido é negativo e básico
íon hidrogênio é positivo e ácido
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A escala de pH
NeutropH+ = pOH–
Ácidez Crescente pH+ > pOH–
Basicidade CrescentepH+ < pOH–
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Suco deLimão
Suco de Lima
Ácidez doEstômago
CervejaCafé
Urina
Água
Sangue
Água do mar
Soda Barrilha
Alvejante
Amônia
LimpaForno
100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 10-13 10-14
10-14 10-13 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100
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Ametal + Ametal Ligação Covalente Substância molecular Sólido ou Líquido ou Gás→ → →
Analogamente, podemos dizer que, para atingir o octeto, os ametais do grupo 6A(16) devem compartilhar dois pares de elétrons; os do grupo 5A(15), três pares; e os do 4A(14), quatro pares.
Podemos concluir que:
Ametal + Ametal Ligação Covalente → →Substância molecular Sólido ou Líquido ou →Gás
Analogamente, podemos dizer que, para atingir o octeto, os ametais do grupo 6A(16) devem compartilhar dois pares de elétrons; os do grupo 5A(15), três pares; e os do 4A(14), quatro pares.
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Ligação Metálica
É a formação de nossos metais
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Ligação metálica é a ligação entre metais e metais. Formam as chamadas ligas metálicas que são cada vez mais importantes para o nosso dia-a-dia.No estado sólido, os metais se agrupam de forma geometricamente ordenados formando as células, ou grades ou retículo cristalino.Uma amostra de metal é constituída por um grande número de células unitárias formadas por cátions desse metal.Na ligação entre átomos de um elemento metálico ocorre liberação parcial dos elétrons mais externos, com a consequente formação de cátions, que formam as células unitárias. Esses cátions têm suas cargas estabilizadas pelos elétrons que foram liberados e que ficam envolvendo a estrutura como uma nuvem eletrônica. São dotados de um certo movimento e, por isso, chamados de elétrons livres. Essa movimentação dos elétrons livres explica por que os metais são bons condutores elétricos e térmicos.A consideração de que a corrente elétrica é um fluxo de elétrons levou à criação da Teoria da Nuvem Eletrônica ou Teoria do “Mar” de elétrons.
Pode-se dizer que o metal seria um aglomerado de átomos neutros e cátions, mergulhados numa nuvem ou “mar” de elétrons livres. Esta nuvem de elétrons funcionaria como a ligação metálica, que mantém os átomos unidos.
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Nuvem eletrônica
07/09/11 Pompeu 3838Átomo+elétrons das camadas mais internas
Elétrons de valência
Forma-se com átomos de baixa eletronegatividade (apresentam no máximo 3 elétrons de valência)Então, os elétrons de valência são divididos com todos os átomos (não estão ligados a nenhum átomo em particular) e assim eles estão livres para conduzirA ligação metálica não é direcional porque os elétrons livres protegem o átomo carregado positivamente das forças repulsivas eletrostáticasA ligação metálica é geralmente forte (um pouco menos que a iônica e covalente)= 20-200 Kcal/molEx: Hg e W
Nos metais, existe uma grande quantidade de elétrons quase livres, os elétrons de condução, que não estão presos a nenhum átomo em particular.
Estes elétrons são compartilhados pelos átomos, formando uma nuvem eletrônica, responsável pela alta condutividade elétrica e térmica destes materiais.
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São estas ligações e suas estruturas que os metais apresentam uma série de propriedades bem características, como por exemplo, o brilho metálico, a condutividade elétrica, o alto ponto de fusão e ebulição, a maleabilidade, a ductilidade, a alta densidade e a resistência á tração. As ligas metálicas são a união de dois ou mais metais. Às vezes com não-metais e metais. As ligas têm mais aplicação do que os metais puros.
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- aço comum (ferro + 0,1 a 0,8% de carbono) – com maior resistência à tração, é usado em construção, pontes, fogões, geladeiras.
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- aço inoxidável (ferro + 0,1 de carbono + 18% de cromo + 8% de níquel) – não enferruja (diferente do ferro e do aço comum), é usado em vagões de metrô, fogões, pias e talheres.
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- latão (cobre + zinco) – usado em armas e torneiras.
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- ouro / em jóias (75% de ouro ou prata + 25% de cobre) – usado para fabricação de jóias. Utiliza-se 25% de cobre para o ouro 18K. E o ouro 24K é considerado ouro puro.
As substâncias metálicas são representadas graficamente pelo símbolo do elemento:Exemplo: Fe, Cu, Na, Ag, Au, Ca, Hg, Mg, Cs, Li.
