LIGAÇÃO QUIMÍCA E

UNIDADES ESTRUTURAIS

CV/2009

ESRBP Físico-Química 2006/2007

Índice

1. Distribuição Electrónica2. Ligação Química3. Ligação Covalente4. Ligação covalente simples dupla e tripla5. A forma das moléculas : Geometria Molecular6. Parâmetros da Ligação Covalente7. Ligação iónica8. Ligação Metálica

1. Distribuição electrónicaA organização dos elementos está ligada à distribuição dos electrões dos átomos que os constituem.

Genericamente, a distribuição dos electrões de um átomo em torno do núcleo atómico é designada por distribuição electrónica ou configuração electrónica.

A energia de um átomo está quantificada logo os seus electrões só podem possuir determinados valores de energia.

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1. Distribuição electrónicaA camada K, i.e., o 1º nível de energia, ou seja, n = 1, tem a

característica de possuir, no máximo, 2 electrões.A camada L, i.e., o 2º nível de energia, ou seja, n = 2, tem a

característica de possuir, no máximo, 8 electrões.A camada M, i.e., o 3º nível de energia, ou seja, n = 3, tem a

característica de possuir, no máximo, 18 electrões.

O número máximo de electrões por camada electrónica, ou nível deenergia, obedece à relação N = 2 n2.A última camada tem de estar preenchida como a de um gás raro.Os electrões distribuem-se no átomo de modo a conferir a este o menorvalor energético possível.

1. Distribuição electrónica

Nº Atómico e Distribuição electrónica

2. Ligação Química

Algumas questões surgem:

1. Como é que a ligação é estabelecida? Será vantajosa?

2. Quais as partículas do átomo que participam nessa ligação?

3. O que mantém a ligação, uma vez estabelecida?

4. Como é representada a ligação?

Para as substâncias moleculares, nas quais as unidades estruturais características são as

moléculas, o modelo de ligação é o da ligação covalente.

3. Ligação CovalenteUma ligação química entre átomos diz-se covalente sempre que envolvapartilha de electrões de ambos os átomos envolvidos na ligação.

Trata-se de uma ligação vantajosa pois a molécula tem a ela associada uma menor energia do que a soma das energias dos átomos que a formaram.As partículas que participam na ligação são os electrões, mas não a totalidade deles. Apenas participam no estabelecimento da ligação os electrões da última camada, os mais periféricos, i.e., os electrões de valência.

se forem partilhados 2 electrões ( 1 par ) – ligação simplesse forem partilhados 4 electrões ( 2 pares ) – ligação duplase forem partilhados 6 electrões ( 3 pares ) – ligação tripla

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3. Ligação Covalente

A ligação é mantida pelos átomos que estabeleceram a ligação devido a um equilíbrio

entre forças eléctricas de atracção e de repulsão.

forças de atracção entre as cargas positivas dos dois núcleos e a carga negativa dos electrões partilhados

forças de repulsão entre as cargas positivas dos dois núcleos e entre as cargas negativas dos electrões das nuvens electrónicas dos dois átomos

Gilbert Newton LewisGilbert Newton Lewis (n. Weymouth, Massachusetts, a 23 de Outubro de 1875 — Berkeley, Califórnia, a 24 de Março de 1946), foi um químico americano

Estudou na Universidade de Harvard e mais tarde em Leipzig e Goettingen tendo dirigido o gabinete de pesos e medidas no Laboratório Governamental das Ilhas Filipinas (1904-1905). De 1907 a 1912 foi professor de Físico-química no Instituto de Tecnologia de Massachusetts. Em 1912 mudou-se para a Universidade da Califórnia, em Berkeley, onde foi professor de Química e reitor até à sua morte.

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A ligação covalente é mostrada através da representação de Lewis

evidencia os pares de electrões partilhados.

o símbolo do elemento representa o núcleo e os electrões do cerne ( no hidrogénio e no hélio só representa os respectivos núcleos ).

os pontos ou cruzes simbolizam os electrões de valência de cada átomo ou ião, como mostram os Quadros seguintes.

Estrutura de Lewis para alguns elementos

Representação de moléculas simples através da representação de Lewis

Nos compostos moleculares é necessário atender às distribuições electrónicas dos

átomos que se vão ligar para formar a molécula.

Utiliza-se a representação de Lewis de cada átomo para construir a representação de Lewis da molécula.Só os electrões de valência são envolvidos na ligação química.Cada ligação é assegurada, no mínimo, por um par de electrões ligantes.Os electrões que não contribuem para a ligação são designados por electrões não-ligantes.Cada átomo da molécula tem de satisfazer a regra do octeto ( existem algumas excepções), a qual salienta que em torno de cada átomo vão ficar 8 electrões periféricos, electrões de valência, à semelhança da estrutura dos átomos dos gases raros, o que confere a cada átomo, e à molécula, grande estabilidade.

Regra do Octeto

Qualquer átomo, excepto o hidrogénio, tem tendência para formarligações de forma a ficar rodeado por oito electrões de valência(configuração electrónica mais estável, de gás nobre)

Regra válida sobretudo para os elementos do 2º período da TP

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Na representação das moléculas é possível identificar diferentes tipos de electrões:

Pares de electrões compartilhados (que participam na ligação química)

Pares de electrões não compartilhados (que permanecem livres)

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DesafioRepresentar, com recurso às estruturas de Lewis, asmoléculas de:a) hidrogénio, H2

b) cloro, Cl2

c) cloreto de hidrogénio, HCld) oxigénio, O2e) dióxido de carbono, CO2f) água, H2Og) metano, CH4

Tipos de ligações covalentesSimples

– um par de electrões partilhados

Duplas – dois pares de electrões partilhados

Triplas – três pares de electrões partilhadosESRM Físico-Química 2008/2009

A forma das moléculas: geometria molecular

A geometria de uma molécula tem de reflectir a maior estabilidadepossível, fruto da menor repulsão existente entre os vários dupletoselectrónicos.

Uma molécula diatómica não tem atribuída uma geometria embora,logicamente, os dois átomos que a constituem estão dispostos sobre umalinha recta.

Uma molécula poliatómica, com mais de dois átomos, pode ter os seusÁtomos dispostos, ou não, sobre uma mesma linha recta, ou seja, pode, ounão, ser linear e pode, ou não, possuir todos os seus átomos assentes sobreo mesmo plano.

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6. Os parâmetros da ligação covalente

Energia e comprimento da ligação nas moléculas diatómicas

A distância média entre os núcleos dos átomos para a qual severifica o equilíbrio entre as forças de repulsão dos núcleos e dasnuvens electrónicas e as forças de atracção entre os electrõesque estabelecem a ligação e os mesmos núcleos designa-se porcomprimento de ligação.

Qualquer molécula possui movimentos de vibração, rotação eTranslação. Devido à vibração o comprimento das ligações varia.

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Energia de Ligação

Toda a molécula é mais estável que os átomos, em separado, que a

constituem, pois é menos energética, o que implica que haja libertação de

energia aquando da formação da ligação química, energia essa a que se dá o

nome de energia de ligação.

A energia de ligação assume o valor simétrico da energia necessária para romper

a ligação na molécula, energia de Dissociação.

Ângulo de ligação nas moléculas de H2O, NH3, CH4 e CO2

O ângulo de ligação é o menor ângulo formado pela intersecção dasrectas que unem o núcleo de um átomo central com os núcleos de doisoutros átomos a ele ligados.É um valor médio, dado que os átomos estão em permanente estado de agitação.

O valor deste parâmetro é determinado por:

raios atómicos do átomo central e dos que a ele estão ligadosexistência, ou não, de pares electrónicos não-ligantes do átomo central, bem como do número desses pares

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7. ElectronegatividadeDefine-se como a tendência de um átomo numa ligação para atrair para si os

electrões que formam essa ligação (com outro átomo)

Átomos idênticos Electrões igualmente partilhados:

Ligação covalente apolar Hidrogénio Azoto

Átomos diferentes partilha “desigual” de electrões:

ligação covalente polar

Ligação química HF

alta densidadebaixa densidade

electrónicaelectrónica

Electronegatividade

Numa molécula constituída por átomos de elementos químicosdiferentes existe um deles que atrai mais fortemente para si oselectrões partilhados, aquele que apresenta umamaior electronegatividade.

Robert Mulliken (1896-1986) e Linus Pauling (1901-1994) desenvolveramTrabalhos científicos nas áreas da ligação química e estrutura

electrónicadas moléculas, os quais culminaram na elaboração de uma escala paraa electronegatividade, a escala de Pauling, a qual varia entre 0,7para o Césio, o elemento químico mais vincadamente metálico e4,0 para o flúor, o elemento químico mais vincadamentenão metálico.

Uma molécula é apolar se as ligações forem todas apolares ou caso sejam polares se encontrarem distribuídas simetricamente, resultando num vector momento dipolar resultante nulo.

Uma molécula é polar se as ligações não se encontrarem simetricamente distribuídas e, consequentemente, apresentar um vector momento dipolar resultante não nulo.

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Ligação Iónicadefine-se como a transferência de electrões de um elemento para outro

Os metais alcalinos e alcalino-terrosos formam mais facilmente catiões

Os halogéneos e o oxigénio formam mais facilmente aniões

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Ligação Iónica vs Ligação Covalente

Por não existir uma distinção nítida entre uma ligação iónica e uma covalente polar, pode usar-se a seguinte regra prática:

Forma-se uma ligação iónica, geralmente, quando a diferença de electronegatividade entre os dois átomos envolvidos na ligação é igual ou superior a 2,0

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Bibliografia

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