Teoria Eletrônica de Valência - UDESC - CCT · - Funciona para um grupo restrito de ... “Interações puramente eletrostáticas entre íons de cargas opostas (cátions e ... N-e

Teoria Eletrônica de Valência

Prof. Fernando R. Xavier

UDESC 2013

Por quê os elementos químicos tendem a agrupar-se de formas

específicas formando variados compostos?

Ligações Químicas

N2O4

NaCl

CuSO4

K2Cr2O7

Mg

C

H2O

A busca pela

estabilidade energética...


• Gases Nobres

- Mais elevados potenciais de ionização;

- Nenhuma afinidade eletrônica;

- Nenhuma eletronegatividade;

- Nenhuma eletropositividade;

Átomos estáveis

(Inércia química)

Não formam

ligações químicas


Os gases nobres: Possuem camadas eletrônicas completamente

preenchidas - ns2np6

Os gases nobres sob

corrente elétrica


• Regra do Octeto (Lewis – 1916)

Sugerida após o estudo das configuração eletrônicas e reatividade dos

gases nobres.

“Átomos ligam ligam-se entre si, cedendo, recebendo ou

compartilhando elétrons, na tentativa de adquirir uma

configuração eletrônica estável como a de um gás nobre: 8

e- na camada de valência ou 2 e-, se esta for a K.”

Porém...

- Serve apenas como guia;

- Funciona para um grupo restrito de compostos;


• Classificação das ligações químicas

Iônica

Covalente

Coordenada

ou dativa

Metálica

N2O4 NaCl

CuSO4 K2Cr2O7

Mg

C

H2O

X X


• Classificação das ligações químicas

N2O4 NaCl

CuSO4 K2Cr2O7

Mg

C

H2O

Iônica Covalente


• Ligação Iônica

“Interações puramente eletrostáticas entre íons de cargas

opostas (cátions e ânions).”

- Ocorrem geralmente entre metais e não metais;

- Característica dos elementos representativos;

Metais (eletropositivos)

Formam cátions!

Não-metais (eletronegativos)

Formam ânions!

Transferência de elétrons...

Cátions + ânions = compostos iônicos



Exemplo 1: Formação do NaCl

11Na – 1s2 2s2 2p6 3s1 17Cl – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

Camadas de valência

incompletas! 3s1 3p5

11Na+ – 1s2 2s2 2p6 17Cl- – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

2s2 2p6

10Ne

3p6 3s2

18Ar NaCl



Exemplo 2: Formação do MgCl2

12Mg – 1s2 2s2 2p6 3s2 17Cl – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

Camada de valência

completa

Camada de valência

incompleta 3s2

3p5

3p5



Exemplo 2: Formação do MgCl2

12Mg2+ – 1s2 2s2 2p6 17Cl- – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

10Ne

2s2 2p6

18Ar

3p6 3s2

3p6 3s2

MgCl2


• Arranjo Cristalino

- Temos um número grande de íons agrupados alternadamente;

- A forma geométrica dessa organização é dita arranjo cristalino;

Exemplo 1: Estrutura cristalina NaCl

- Arranjo cúbico;

- Número de coordenação: 6 (Na+) e 6 (Cl-);


• Arranjo Cristalino

Exemplo 2: Estrutura cristalina MgCl2

- Arranjo romboédrico;

- Número de coordenação: 6 (Mg2+) e 3 (Cl-);


• Estrutura Cristalina – como encontrá-la?!

- Técnica de difração de raios X em monocristal;


• Estrutura Cristalina – como encontrá-la?!

- Difratômetro de raios X


• Estrutura Cristalina

- Técnica de difração de raios X em monocristal;


• Íon-Fórmula

É fórmula de um composto iônico. Obedece as seguintes diretrizes:

- Símbolo do cátion deve ser escrito na frente do símbolo do ânion;

- A soma das cargas do cátion e do ânion deve ser igual a zero;

- Deve mostrar a menor proporção (cátion-ânion), em números inteiros;

- Esses números são ditos índices e são subscritos a direita do elemento;

NaCl MgCl2

Exemplos


• Fórmula eletrônica ou de Lewis

Representa os elétrons da camada de valência dos átomos.

Exemplos:

Na + Cl Na+ Cl -

Mg + Cl 2 Mg2+ Cl -

2

Observações:

- A fórmula indica apenas a menor proporção;

- A soma das cargas do cátion e do ânion deve ser igual a zero;



O hidrogênio também faz ligações iônicas com metais.

1H – 1s1

Mg

H Mg2+

-

2 H

H

12Mg2+ – 1s2 2s2 2p6

10Ne

1H- – 1s2

2He

Perde 2 e- Ganha 2 e-



E quando temos 4 e- na camada de valência? (Grupo 14)

C – 2º período (duas camadas eletrônicas);

Si – 3º período (três camadas eletrônicas);

Ge – 4º período (quatro camadas eletrônicas);

Sn – 5º período (cinco camadas eletrônicas);

Pb – 6º período (seis camadas eletrônicas);

Au

men

to d

o

raio

iô

nic

o

Maior efeito de

blindagem Menor a Zef

Maior tendência

de doar e-


• Ligações químicas iônicas entre metais

Alta

eletropositivade Doam elétrons Formam cátions

Ocorre a liberação parcial dos elétrons de suas camadas de valência e

forma-se então íons postivos (cátions).

Ligações iônicas

(M+A-)

e- localizados (ânions)

Ligações iônicas

(M+)

e- deslocalizados


• Ligações químicas entre metais

Arranjos Cristalinos

- Cúbico de corpo centrado;

- Número de coordenação: 8;

Ex.: Li , Na, K, Rb, Cs, Ba

- Cúbico de face centrada;


Ex.: Ca, Sr

- Hexagonal;


Ex.: Be, Mg



Condutividade elétrica

Pode ser explicada pela teoria das bandas eletrônicas, ou seja, os

elétrons podem movimentar-se livremente dentro de sua estrutura

cristalina devido à fusão de seus orbitais atômicos mais externos e semi-

preenchidos (bandas de condução).

Exemplo: Na

11Na – 1s2 2s2 2p6 3s1 11Na+ – 1s2 2s2 2p6 3s0 Fusão

... ...

3s

3s

Na+ Na+ Na+ Na+ Na+



Se o elemento possui seus orbitais mais externos totalmente preenchidos

não há formação de bandas de condução e o material é dito isolante.

Problema: Mg – bom condutor elétrico

12Mg – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p0

3s2 3p0

3s + 3p

... ... Mg2+ Mg2+ Mg2+ Mg2+

A fusão de orbitais é admitida quando estes

possuem 2 ou 3 e- de valência.


• Os semi-condutores

O Si e o Ge são semi-metais, possuindo 4 elétrons na camada de

valência e comportam-se como isolantes.

Processo de dopagem Semi-condutores

Aplicação: Produção de componentes eletrônicos (chips e processadores)

Os chips são eficientes e rápidos

porque a corrente elétrica precisa

percorrer pequenas distâncias em seu

interior.


• Os semi-condutores

Processa a 22 nm

4 núcleos de 3,7 GHz

i7-3770T


• Ligação Covalente

“Baseia-se em um compartilhamento de 1 ou mais pares eletrônicos

entre dois átomos, em vista de adquirirem estabilidade.”

Ocorrem quando a diferença de eletronegatividade entre os átomos

não é muito acentuada (ametais–ametais, ametais-hidrogênio e H–H.

Ligações covalentes Formação de moléculas



A molécula de H2

1H – 1s1 1H – 1s1 +



A molécula de H2 – Funções de onda

YA YB

YA - YB

|YA - YB|2

YA YB

YA + YB

|YA + YB|2



A molécula de H2 – Orbitais moleculares

Calcular a ordem de ligação do H2 e do He2 ...

xs-s



A molécula de H2 - Representações

Fórmula eletrônica de Lewis

H H H + H ou H H

Fórmula estrutural

H H

Fórmula molecular

H2

Polaridade

Não há diferença de eletronegatividade Ligação apolar



A molécula de HCl

1H – 1s1 17Cl – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

px py pz

x

y

z

+

x

y

z



A molécula de HCl - Representações


Fórmula estrutural

H Cl

Fórmula molecular

HCl

Polaridade

Há diferença de eletronegatividade Ligação polar

H + H Cl Cl H ou Cl



A molécula de N2

px py pz

7N – 1s2 2s2 2p3 7N – 1s2 2s2 2p3

px py pz

x

y

z

x

y

z

+



A molécula de N2

x

z

x

y

z

p-p

x

z

x

y

z

p-p

p

p



A molécula de N2 - Representações


Polaridade

N + N ou N N N N

Fórmula estrutural

N N

Fórmula molecular

N2

Não há diferença de eletronegatividade Ligação apolar


• Ligação Covalente – Conclusões

Sejam dois átomos A e B, quaisquer, iguais ou diferentes.

Se os átomos fizerem uma única ligação entre eles, a

ligação será do tipo sigma (). A B

Se os átomos fizerem duas ligações entre eles,

teremos uma ligação será do tipo sigma () e outra

do tipo pi (p)..

A B

p

Se os átomos fizerem três ligações entre eles,

teremos uma ligação será do tipo sigma () e duas

do tipo pi (p)..

A B

p

p


• Ligação Covalente – Casos especiais

A falha da regra do octeto

Existem casos em que a regra do octeto não se aplica, pois outros

fenômenos estão envolvidos na distribuição eletrônica das camadas

de valência.

Expansão da camada de valência

Exemplos de átomos que sofrem este fenômeno:

N e P com 5 e- na camada de valência;

O e S com 6 e- na camada de valência;

F, Cl, Br e I com 7 e- na camada de valência;


• Ligação Covalente – Casos especiais

Exemplos de moléculas:

P O

O

O

O

H

H

H

S

OO

O

O

H

H

Cl

O

OO

OH

15P – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3

16S - 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4

17Cl – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

3p 3d 3s

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