aula 2 -ligacoes quimicas [modo de compatibilidade]

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  • Estrutura atmica e ligao

    interatmica

    Profa. Daniela Becker

  • Referncias

    Callister Jr., W. D. Cincia e engenharia de

    materiais: Uma introduo. LTC, 5ed., cap

    2, 2002.2, 2002.

    Shackelford, J.F. Cincias dos Materiais,

    Pearson Prentice Hall, 6ed., cap 2, 2008. Costa, E. M. da. Material de aula: Cincia dos Materiais, PUCRS,

    2005

  • Sumrio

    Reviso de conceitos Ligaes Primrias Ligaes Secundrias

    Os materiais e suas ligaes qumicas Os materiais e suas ligaes qumicas

  • POR QUE ESTUDAR AS LIGAES QUMICAS?

  • Revisando conceitos

    tomo Prtons Nutrons Eltrons Eltrons

    Nmero atmico (Z) Istopos Massa atmica (A) vs Peso atmico Mol

  • Exemplo

    Calcule o nmero de tomos em uma amostra cilindrica de 1m de dimetro por 1 m de profundidade na superfcie do cobre slido.slido.

    Dados: densidade do cobre = 8,93 g/cm3

    MM = 63,55g/molV= r2l

    Resposta: 6,64x1010 tomos

  • Eltrons de valncia

    Regra do octeto

    Mais conceitos

  • Metais na tabela peridica

  • Cermicas na Tabela Peridica

  • Polmeros na tabela peridica

  • Semicondutores na tabela peridica

  • Eletronegatividade

    a tendncia que possui o tomo do elemento qumico em atrair eltrons.

  • QUAIS SO AS LIGAES QUMCIAS ENCONTRADASS

    NOS MATERIAIS?

  • Tipos de Ligaes:

    Ligaes primrias ocorre transferncia ou compartilhamento de eltrons Inicas, covalentes, metlicas ou mistas

    Ligaes secundrias ocorre uma atrao entre os tomos sem ocorrer transferncia ou compartilhamento de eltrons

  • Foras e Energias de Ligaes

    A distncia entre 2 tomos determinada pelo balano das foras atrativas e repulsivas

    Quanto mais prximos os tomos maior a fora atrativa entre eles, mas maior ainda so entre eles, mas maior ainda so as foras repulsivas devido a sobreposio das camadas mais internas

    Quando a soma das foras atrativas e repulsivas zero, os tomos esto na chamada distncia de equilbrio.

  • Fora e energia de ligao

    FN = FA + FR

    FN = fora resultante FA = fora de atrao FA = fora de atrao FR = fora de repulso

  • Foras e Energias de Ligao

  • Fora de Ligaes e Rigidez

    A inclinao da curva no ponto de equilbrio d a fora necessria para separar os tomos sem promover a quebra da ligao.

    Os materiais que apresentam uma inclinao grande so considerados materiais rgidos. Ao contrrio, materiais rgidos. Ao contrrio, materiais que apresentam uma inclinao mais tnue so bastante flexveis.

    A rigidez e a flexibilidade tambm esto associadas com mdulo de elasticidade (E) que determinado da inclinao da curva tenso x deformao obtida no ensaio mecnico de resistncia trao. Deformao medida ()

    Inclinao

    fornece

    Mdulo E

  • Energia de Ligao Algumas vezes mais conveniente trabalhar com energia

    (potencial) do que foras de ligaes. Matematicamente, energia (E) e fora de ligaes (F) esto

    relacionadas por : E= F.dr A menor energia o ponto de equilbrio

  • Foras e Energia de ligao

    ro - distncia de equilbrio da ligao Eo - energia de ligao

    energia necessria para separar dois tomos at uma distncia infinita

  • Energia de ligao

  • Propriedades x Fora de Ligao

    Resistncia mecnica: aumenta com a fora mxima e com a profundidade do poo da curva de energia de ligao.

    Pontos de fuso e de ebulio: aumentam com a aumentam com a profundidade do poo da curva de energia de ligao.

    Coeficiente de expanso trmica: diminui com a profundidade do poo da curva de energia de ligao.

  • Ligaes primrias

  • Ligao inica

    Transferncia de eltrons Formao de ons de cargas opostas Resulta da atrao eletrosttica entre ctions

    e nionse nions

  • Ocorre em duas etapas:1 transferncia de eltrons

    2 atrao dos ons

    Ex.: NaCl

    Li Fx ooo

    oooo

    Li Fxooo

    oooo

    + -

    Ex.: NaCl O ction Na+ e o nion Cl- tm cargas opostas e portanto se

    atraem mutuamente Na+ Cl-. O composto inico NaCl o resultado. Note que no

    escrevemos as cargas como parte da frmula de um compostoneutro.

  • Determinao da frmula de um

    composto inico

  • Ligao Inica Forma-se com tomos de

    diferenteseletronegatividades (um alta e outro baixa)

    A ligao inica no direcional, a atrao mtuamtua

    A ligao forte= 150-370 Kcal/mol

    A ligao predominante nosmateriais cermicos inica

  • Propriedades dos compostos inicos

    So slidos nas condies ambiente

    Apresentam altos pontos de fuso e ebulio

    So condutores de eletricidade quando no estado

    liquido (fundidos) ou quando dissolvidos em gua.liquido (fundidos) ou quando dissolvidos em gua.

    No estado slidos cristalinos no conduzem

    eletrecidade

    Elevada dureza

  • Ligao Covalente

    Os tomos envolvidos na ligao covalente

    compartilham eltrons

    Atravs da ligao covalente os tomos Atravs da ligao covalente os tomos

    envolvidos podem usar o eltron do outro

    tomo, e juntamente com os seus adquirir uma

    configurao mais estvel

  • Ligao simples um nico par de eltrons compartilhado pelos ncleos de dois tomos. Observe a estrutura de Lewis para o tomo de hidrognio e os

    halognios.

    H H F F Cl Cl Br Br I I

    Ligao dupla quando 2 pares de eltrons so compartilhados pelos ncleos de dois tomoscompartilhados pelos ncleos de dois tomos

    ex. O2 O = O

    Ligao tripla consiste de 3 pares de eltrons compartilhados pelos ncleos de dois tomos

    ex. N2 N N

  • Ligao Covalente Forma-se com tomos de

    alta eletronegatividade

    A ligao covalente direcional e forma ngulos bem definidos (apresenta um certo grau de ligao inica)

    A ligao covalente forte = 125-300 Kcal/mol

    Esse tipo de ligao comum em compostos orgnicos, por exemplo em materiais polimricos e diamante.

    Ex: metano (CH4)

  • Ligao covalente apolar Na molcula de um elemento diatmico os eltrons so

    compartilhados igualmente entre os tomos.

    Ligao covalente polar Quando dois ou mais diferentes elementos se combinam os

    eltrons no esto geralmente compartilhados igualmente.eltrons no esto geralmente compartilhados igualmente.

    Ex. tomos de hidrognio e cloro combinados formando a

    molcula de HCl

  • Propriedades dos compostos moleculares:

    So slidos, lquidos ou gasosos nas condies ambiente

    Apresentam baixos pontos de fuso e ebulio (comparados aos inicos)So maus condutores de eletricidade, alguns So maus condutores de eletricidade, alguns podem conduzir quando em meio aquoso (ionizao).

    A maioria dos compostos so solveis em solventes orgnicos.

  • Ligao Metlica

    o tipo de ligao que ocorre entre os tomos de metais.

    Os tomos dos elementos metlicos apresentam forte

    tendncia a doarem seus eltrons de ltima camada.

    Quando muitos destes tomos esto juntos num cristal Quando muitos destes tomos esto juntos num cristal

    metlico, estes perdem seus eltrons da ltima camada.

    Forma-se ento uma rede ordenada de ons positivos

    mergulhada num mar de eltrons em movimento aleatrio.

  • Ligao Metlica

    Forma-se com tomos de baixa

    eletronegatividade (apresentam no

    mximo 3 eltrons de valncia)

    Ento, os eltrons de valncia so

    divididos com todos os tomos (no

    esto ligados a nenhum tomo em

    particular) e assim eles esto livresparticular) e assim eles esto livres

    para conduzir

    A ligao metlica no direcional

    porque os eltrons livres protegem o

    tomo carregado positivamente das

    foras repulsivas eletrostticas

    A ligao metlica geralmente forte

    = 25-200 Kcal/mol

    Eltrons de valncia

    tomo+eltrons das camadas mais internas

  • Propriedades

    Brilho metlico Condutividade trmica e eltrica PF e PE elevados Slidos (-Hg) Slidos (-Hg) Tenacidade Maleabilidade (lminas) Ductilidade (fios)

  • Ligaes secundrias

  • Ligaes secundrias

    Ocorrem atraes entre dipolos gerados pela assimetria de cargas

    O mecanismos dessas ligaes similar ao das ligaes inicas, porm no existe eltrons transferidoseltrons transferidos

    Podem ser: Dipolo-dipolo Pontes de hidrognio Disperso Dipolo induzido

  • Ligaes secundrias

    Interao dipolo-dipolo: ocorre com molculas polares.

    Pontes de Hidrognio:Hidrognio ligado a F, O, N.

  • Ligao de Disperso ou de London: ocorre com molculas apolares

    Pontes de dipolo-induzido: ocorre entre molculas polares e apolares

  • Materiais a classificao das ligaes

    Por que o diamante tem um ponto de fuso mais alto que o polietileno? (ambos fazem ligaes covalentes)

    PoletilenoPF= 120C

    DiamantePF=3.550C

  • Materiais a classificao das ligaes

    As ligaes covalentes e inicas no so puras mas sim uma mistura com propores que dependem da diferena de eletronegatividade dos tomos envolvidos

  • Resumo