LIGAES QUMICAS

Engenharia de Petrleos 1 ano / 1 semestre 2013 / 2014

Introduo Qumica-Fsica Cap 3- Ligao Qumica Escola Superior de Tecnologia e Gesto Jean Piaget do Litoral Alentejano

Fernando Sayal1

1Ligao Covalente23http://web.ccead.puc-rio.br/condigital/video/tudo%20se%20transforma/ligacoesquimicas/ligacoesquimicas/video%20para%20web/video.htmlhttp://www.youtube.com/v/N4Kw3S01osE

2 vdeos sobre ligao qumica

4Ligao Covalente4

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7Ligao QumicaO conceito de configurao electrnica e o desenvolvimento da Tabela Peridica permitiu aos qumicos uma base lgica para explicar a formao de molculas e outros compostos.A explicao de Lewis que os tomos reagem de forma a alcanar uma configurao electrnica mais estvel (correspondendo configurao de um gs nobre).O que uma ligao qumica? o conjunto de foras que mantm os tomos unidos entre si, dando origem a molculas. Em todos os tipos de ligao qumica as foras de ligao so essencialmente electrostticas (ou de Coulomb), isto , foras entre cargas elctricas.89Cada tomo tende a adquirir uma configurao electrnica estvel, de gs nobre, num arranjo designado octeto Se h transferncia de eletres entre tomos com formao de ies (caties ou anies)

ligao inica Se h partilha de eletres entre tomos com formao de molculas

ligao covalente Se h partilha de eletres por muitos tomos iguais

ligao metlica Conceito Geral: Combinao entre tomos, molculas e ies onde cada espcie qumica procura uma maior estabilidade. Menos estveisMais estveistomos isoladostomos ligadosEnergia10DefiniesEstado Natural dos tomos: encontrados na natureza combinados de modo a adquirir maior estabilidade.Estabilidade qumica: precisam de completar as suas orbitais incompletas perdendo, ganhando ou compartilhando eletres.Camada de Valncia: em geral as ligaes qumicas envolvem apenas a ltima camada do tomo.11

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Um tomo estar estvel quando a sua ltima camada ou nvel possuir 8 eletres (2 para o He): Regra do OctetoHlio- 2Non- 10rgon- 18Crpton- 36Xnon- 54Rdon- 8613Regra do OctetoDescrio: O tomo adquire estabilidade ao completar oito eletres na camada de valncia, imitando os gases nobres. Configurao Geral: ns2 np6 Obs. Esta regra s vlida para os elementos representativos. 14Regra do DuetoDescrio: O tomo adquire estabilidade ao completar a camada de valncia com dois eletres, imitando o gs nobre - He. Configurao Geral: ns2 Obs. Esta regra s vlida para os elementos representativos: H, Li, B e Be.15

16TIPOS DE LIGAOINICA ou ELETROVALENTECOVALENTE ou MOLECULAR: - Normal - DativaMETLICA1718LIGAO INICADefinio: Forma-se entre tomos de elementos com baixa energia de ionizao (metais alcalinos e alcalino terrosos) e tomos de elementos com elevada afinidade eletrnica (halogneos e oxignio). Os eletres so transferidos de um tomo para outro dando origem a ies de cargas contrrias que se atraem.Exemplo: formao do cloreto de sdio NaCl.Na (Z = 11) 1s2 2s2, 2p6 3s1Cl ( Z = 17) 1s2 2s2, 2p6 3s2, 3p5Na+Cl- Na Cl

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Tanto os ies positivos como negativos adquirem uma configurao eletrnica no ltimo nvel idntica de um gs nobre 1-Configurao dos tomos:NaCl21 2-Transferncia do eletroNaCl22 3-Formao dos iesNa+Cl-23 4.1-Atrao Eletrosttica:Na+Cl-24 4.2-Atrao EletrostticaNa+Cl-25

26 Ocorre geralmente entre Metais e No Metais com de eletronegatividade > 1,7Calcognios (16)Fam. do Aluminio (13)Metais Alcalinos (1)Halognios (17)Fam. Azoto (N) (15)Metais AlcalinosTerrosos (2)27Exemplos de substncias com Ligao InicaLiH = hidreto de ltioNaCl = cloreto de sdioMgCl2 = cloreto de magnsioAlF3 = fluoreto de ltioAl2S3 = sulfeto de alumnioAgCl = cloreto de prataMgO = xido de magnsio KBr = brometo de potssioAg NO3 = nitrato de prataCaSO4 = sulfato de clcio

28 Aglomerado Inico ou Retculo Cristalino29Retculos Cristalinos:Um slido inico um conjunto de caties e anies empacotados num arranjo regular.Cl- Na+

Na+ Cl-Cl- Na+

Na+ Cl-

30Cl- Na+

Na+ Cl-Cl- Na+

Na+ Cl- Cl

Na+ Na+

Cl-Cl- Na+

Na+ Cl-Cl- Na+

Na+ Cl- Cl

Na+ Na+

Cl-31Formao de um slido inico (NaCl)

Ies com cargas opostas so atrados um para o outro por foras electrostticas. Estas foras definem a ligao inica.O conjunto de ligaes inicas entre ies vizinhos, Na+ e Cl- conduzem formao do slido inico. Os ies permanecem juntos devido atrao electrosttica:32

33Cristal inico: outros tipos

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35Metais:EletropositivosPerdem eletresOriginam Caties(+)No metais:EletronegativosGanham eletresoriginam Anies(-)Al Al+3 + 3e- O + 2e- O-2 36Frmulas InicasAl XxxAl XxxAl2O3Al+3 O-2O O O Frmula molecularFrmula de Lewis37GrupoCargaGrupoCarga1+ 115- 32+ 216- 213+ 317- 1Exemplos K+Cl- KClCa+2 I-1 CaI2Al+3 S-2 Al2S3Fe+3 O-2 Fe2O338Caractersticas de compostos Inicos:So slidos nas condies ambientesSo duros e quebradiosPossuem altos P.F. e P.E.Conduzem corrente eltrica quando fundidos ou em soluo aquosa(no conduzem corrente eltrica no estado slido )Formam retculos cristalinos.Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-

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40No slido cristalino, a forte atrao entre os ies com cargas opostas influencia as suas propriedades, tais como:

Fragilidade

41No slido cristalino, a forte atrao entre os ies com cargas opostas influencia as suas propriedades, tais como:

Condutibilidade eltrica

42Exerccios1. Para que haja uma ligao inica necessrio que: a) A eletronegatividade dos tomos participantes tenha valores prximos. b) a eletronegatividade dos tomos participantes tenha valores bastantes diferentes. c) Os eletres de ligao sejam de orbitais s. d) As afinidades eletrnicas sejam nulas.2. tomos do elemento X (nmero atmico = 20) e do elemento Y (nmero atmico = 7) unem-se por ligaes inicas originando o composto de frmula: a) XY b) X2Y c) X3Y2 d) X2Y3 e) X3Y4433. Os compostos inicos, como o cloreto de sdio, apresentam as propriedades: a) Lquidos nas condies ambientais, bons condutores de eletricidade e baixo ponto de fuso. b) Lquidos ou gasosos, maus condutores de eletricidade em soluo aquosa e baixo ponto de fuso. c) Slidos, maus condutores de eletricidade em soluo aquosa e baixo ponto de fuso. d) Slidos, bons condutores de eletricidade no estado slido e alto ponto de fuso. e) Slidos, bons condutores de eletricidade em soluo aquosa e elevado ponto de fuso.44

NaCl = cloreto de sdio AgCl = cloreto de prataMgO = xido de magnsio KBr = brometo de potssioLiH = hidreto de ltioMgCl2 = cloreto de magnsioAlF3 = fluoreto de ltioAl2S3 = sulfeto de alumnioFaa as ligaes das substncias abaixo:4546LIGAO COVALENTELIGAO COVALENTEDefinio: Ocorre atravs da partilha de um par de eletres entre tomos que possuem pequena ou nenhuma diferena de eletronegatividade.Tipos de Ligaes Covalentes: - Covalente Normal. - Covalente Dativa.4747Ligao CovalenteOcorre geralmente entre No METAIS e HIDROGNIO ou No METAIS entre si, desde que a de eletronegatividade < 1,7.HNo METALNo METALH48Representaes de LewisNuma ligao qumica s intervm os electres de valncia, ou seja, os electres da camada mais externa do tomo. Para os representar utilizamos as representaes de Lewis ou notao de Lewis. Consistem no smbolo do elemento (que representa o ncleo mais as camadas internas, ou cerne do tomo) e um ponto, cruz, asterisco ou outro sinal, por cada electro de valncia.Exemplos:metais alcalinos: Li Na Oxignio:carbono: C Flor

49Representaes de Lewis

Os elementos de transio tm camadas internas incompletas e no podemos (em geral) escrever a notao de Lewis para estes elementos.50 1 Configurao dos tomos:51 2.1 Atrao Quntica:52 2.2 Atrao Quntica:533 Nuvem Eletrnica ou Orbital Molecular:Cl Cl 54 Definio: o par eletrnico compartilhado formado por um eletro de cada tomo ligante.Exemplo: formao do cloro Cl2.Cl ( Z = 17) 1s2 2s2, 2p6 3s2, 3p5Cl Cl Cl2 ou Cl Cl Frmula de Lewis Molecular EstruturalF2, Br2 e I255

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57Ligaes duplas e triplas

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60Ligao covalente: uma ligao na qual electres so partilhados por dois tomos.

O comprimento e fora da ligao qumica resultam do equilbrio devido repulso entre cargas iguais e atrao entre cargas opostas.

61Comprimento da ligao covalente

Define-se comprimento da ligao como sendo a distncia entre os ncleos de dois tomos ligados numa molcula.

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63Energia de dissociao da ligaoA energia de dissociao da ligao a energia necessria para quebrar essa ligao.

Energia de dissociao da ligao tripla > ligao dupla > ligao simples 64ElectronegatividadeNo caso do hidrognio, H2; os electres so igualmente partilhados pelos dois ncleos. A situao diferente por exemplo para o HCl ou HF. Os electres passam mais tempo na vizinhana de um dos tomos.

Electronegatividade (EN): medida da capacidade de um tomo atrair para si os electres partilhados numa ligao.Ligao covalente polar65Escala de Pauling de electronegatividades

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67Previso do carcter da ligaoSe EN < 1,7 a ligao covalente polar; Se EN ~ 1.7 tem 50 % de carcter inico; se EN > 1,7 ento a ligao predominantemente inica. Se EN = 0, a ligao covalente apolar ( 0% de carcter inico).

68Propriedades de compostos covalentes e inicosCompostos covalentes: geralmente gases, lquidos ou slidos de baixo ponto de fusoCompostos inicos: slidos de ponto de fuso elevado.PropriedadeNaClCCl4Aspectoslido brancolquido incolorTfuso/ C801- 23Tebulio/ C141376.5 solubilidade em H2O elevada bastante baixaCondutividade elctrica slido mau maufundido bom mau69Estruturas de Lewis para molculas poliatmicas1)Escrever o esqueleto estrutural do composto. Em geral o tomo menos electronegativo ocupa posio central. H e F ocupam sempre posies terminais2) Contar o nmero total de electres de valncia. Para anies poliatmicos adicionar o nmero de cargas negativas. Para caties subtrair.3) Desenhar uma ligao covalente simples entre o tomo central e cada um dos tomos em redor. Completar o octeto dos tomos ligados ao tomo central.4) Se a regra do octeto no for verificada para o tomo central experimentar ligaes duplas ou triplas entre o tomo central e os tomos em redor.

70Exemplos

Praticar: NF3; CS2; HNO371O2 ou O = O O O N2 ou N N N N O HHH2O ou H - O - H Cl HHCl ou H - Cl 72Ligao Covalente Dativa ou Coordenada Definio: o par eletrnico compartilhado pertence a um dos tomos, s ocorre quando todas as ligaes covalentes normais possveis j aconteceram.Exemplo: formao do SO2O S O +O S O S = O + O S = OO73Molculas do Tipo HxEOy cidos Oxigenados Todos os tomos de oxignio aparecem ligados ao elemento central e cada tomo de hidrognio ficar ligado a um tomo de oxignio. Exemplo: cido sulfrico - H2SO4O O SO O HHH - O - S - O - HOO74Caractersticas de Compostos Moleculares

So em geral, lquidos ou gasosos nas condies ambientes (se slidos, fundem-se facilmente); Possuem baixos P.F. e P.E.; No conduzem a corrente eltrica (exceo para cidos, em soluo aquosa e Carbono Grafite) ; So formados por molculas.75Exerccios

Indique entre os compostos a seguir aqueles em que encontramos apenas ligaes covalentes:

I- NaCl II- CCl4 III- SO2 IV- KCl V- Na2SO4 a) I e II b) II e III c) I e IV d) IV e V e) III e IV

76POLARIDADE DAS LIGAES Definio: acumulao de cargas eltricas em regies distintas da ligao plos. Ligaes inicas: so fortemente polarizadas, cada io define um plo da ligao.+_77Ligaes covalentes: a polaridade funo da diferena de eletronegatividade entre os tomos da ligao. Classificao da ligao: - Apolar: formadas por tomos de eletronegatividades iguais, a nuvem no se deforma. - Polar: formadas por tomos de eletronegatividade diferentes, a nuvem deforma-se.

78Ligao covalente apolar: Ligao covalente polar:H2 HCl H H H Cl + - 791) Ligao Covalente Apolar: Ocorre entre tomos iguais. Dessa forma, os tomos possuem mesma eletronegatividade e atraem, consequentemente, o par eletrnico compartilhado com a mesma intensidade.Ex.: H2, O2, N2

HHO par eletrnico equidistante aos dois ncleos802) Ligao Covalente Polar: Ocorre entre tomos diferentes. Dessa forma, o tomo que possui maior eletronegatividade atrai o par eletrnico compartilhado com maior intensidade.

Ex.: HCl. O par eletrnico fica mais prximo do cloro pois este tomo atrai mais fortemente os eletres da ligao covalente (porque mais eletronegativo).HCl+-A ligao forma um dipolo eltrico81Obs. Quanto maior a diferena de eletronegatividade entre os tomos maior a polarizao.

F O N = Cl Br I = S = C P = H metais

A cada ligao covalente polar corresponde um dipolo eltrico.Sero tantos dipolos, quantas forem as ligaes polares.82As ligaes polares e os dipolos formados sero tanto maiores, quanto maior for a diferena de eletronegatividade entre os tomos ligantes.

Ex: H-F > H-Cl > H-Br > H-I H2O > H2S

Representao do dipolo = vetor momento dipolar

83Definio: acmulo de cargas eltricas em regies distintas da molcula, sua fora depende da polaridade das ligaes e da geometria molecular. Momento dipolar: o vetor que orienta a polaridade da ligao, plo positivo para o negativo. Ex: H Cl Momento dipolar resultante (r): vetor que define a polaridade da molcula, soma dos vetores.84Molcula apolar: momento dipolar (r) = zero. Ex: molcula do dixido de carbono CO2. O = C = O O C O r = ZeroMolcula polar: momento dipolar (r) zero. Ex: molcula da gua H2O.OH H O r Zero (polar) H H85Exerccios 1. Os tipos de ligaes dos compostos LiF, SCl2 e Cl2 so, respectivamente: a) covalente apolar, covalente polar e inica. b) inica, covalente apolar e covalente apolar. c) covalente polar, inica e covalente apolar. d) covalente apolar, inica e covalente polar. e) inica, covalente polar, covalente apolar.2. Dadas as molculas O2, PCl3, BeH2, C5H10 e CHCl3 o nmero de molculas polares : a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5

86LIGAO METLICA Definio: ligaes entre tomos de metais que formam retculos cristalinos de caties fixos unidos por uma nuvem de eletres livres da camada de valncia.Retculo Cristalino87

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89Caractersticas dos Metais Slidos temperatura ambiente, exceo do Hg (lquido). Apresentam brilho metlico e se fundidos perdem o brilho, exceo para o Mg e Al. Densidade superior a da gua, exceo para os alcalinos. Menor Li = 0,53 g/mL, maior Os = 22,5g/mL. PF muito varivel, menor Cs = 28,5C, maior W = 3382C. Bons condutores de eletricidade e calor. maior Au condutividade eltrica, seguida do Ag, Cu e Al. Maleabilidade e ductibilidade.90Ligas Metlicas Definio: materiais com propriedades metlicas que contm dois ou mais elementos, sendo pelo menos um deles metal. Exemplos: - Liga de metais para fusveis ( Bi, Pb, Sn e Cd) - Liga de ouro de joalharia (Au, Ag e Cu) - Amlgama dental (Hg, Ag e Cu) - Bronze ( Cu e Sn) - Lato (Cu e Zn)911. Dadas as molculas:HCl.H2ONH3.BF3.CH4.

Quais so polares:

2. Qual o tipo de interao que se manifesta entre as molculas de:NH3?CH4?92