pqi2110 quÍmica tecnolÓgica geral introduÇÃo Às ligaÇÕes quÍmicas
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PQI2110 QUÍMICA TECNOLÓGICA GERAL
INTRODUÇÃO ÀS LIGAÇÕES QUÍMICAS
Tabela Periódica 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
H He 1 Hydrogen
Helium
Li Be B C N O F Ne 2 Lithium Beryllium Boron Carbon Nitrogen Oxygen Fluorine Neon
Na Mg Al Si P S Cl Ar 3 Sodium Magnesium
Aluminum Silicon Phosphorus Sulfur Chlorine Argon
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 4 Potassium Calcium Scandium Titanium Vanadium Chromium Manganese Iron Cobalt Nickel Copper Zinc Gallium Germanium Arsenic Selenium Bromine Krypton
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 5 Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdenum Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silver Cadmium Indium Tin Antimony Tellurium Iodine Xenon
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 6 Cesium Barium Hafnium Tantalum Tungsten Rhenium Osmium Iridium Platinum Gold Mercury Thallium Lead Bismuth Polonium Astatine Radon
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Uun Uuu Uub 7 Francium Radium Unnilquadium Unnilpentium Unnilhexium Unnilseptium Unniloctium Unnilennium Ununnilium Unununium Ununbium
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Lanthanum Cerium Praseodymium Neodymium Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium
Introdução
• Sistemas no universo tendem a buscar a situação de maior estabilidade;
• Os átomos raramente são encontrados em forma isolada;
• A grande maioria dos átomos são encontrados sob forma combinada.
Átomos isolados constituem-se em sua maioria entidades com alta energia
• A busca por uma configuração estável – A regra do octeto.
• Como os átomos podem atingir este tipo de configuração:– Perdendo;– Recebendo;– Compartilhando.
• Normalmente apenas os elétrons mais externos se envolvem neste processo.
Introdução
A forma como os elementos atingem a configuração mais estável define o tipo de
ligação.
Eletronegatividade na TP
Ligações químicas• A eletronegatividade dos elementos
químicos define o tipo de ligação que será formada.
• Tipos de ligação:– Iônicas;– Covalentes;– Metálicas.
Poucas ligações são 100% iônicas, covalentes ou metálicas
Transições entre ligações
F2 IF7 SF6 PF5 SiF4 AlF3 MgF2 CsF
I2 ClF OF2 NF3 CCl4 BF3 BeF2 Na2O
S
Te
As
Sn
AgLi
Na3N
Na3PNa3As
Na3Sb
Na3Bi
Metálicas
Covalentes Iônicas
Tipos de arranjos formados nas ligações
• Moléculas:– Quantidade de átomos definida;– Geometria definida;– Ligações covalentes.
• Cristais:– Principalmente ligações metálicas e
iônicas;– Formam arranjos tridimensionais;– Cristais covalentes.
Os elétrons em torno do núcleo
O modelo de Bohr (1913)
Prêmio Nobel de Física em 1922
Os elétrons em torno do núcleo
Aplicou a quantização à teoria atômica – explica porque os elétrons só absorvem determinados comprimentos de onda.
De acordo com a teoria de Bohr o átomo só emitirá ou absorverá energia quando o elétron passar de uma órbita para outra.
A órbita do elétron em torno do núcleo é circular.
Refinamentos na teoria de Bohr• O espectro de emissão de átomos não
são compostos por linhas isoladas – cada linha é composta por várias linhas muito próximas.
• Números quânticos introduzidos para explicar os espectros:– Principal (n) – 1, 2, 3, ...– Secundário ou azimutal (l) – 0, 1, ..., (n-1)– Magnético (m) - -l, ..., 0, ..., +l– Spin (ms) - + ½
Orbitais atômicos• LUZ – tem natureza dual – partícula e onda.• De Broglie (1924) – propôs que todas as
partículas (inclusive os elétrons) deveriam ter natureza dual – provado pela difração.
• Princípio da incerteza (HEISENBERG) – não é possível determinar com certeza a velocidade e a posição de uma partícula, se ela se comporta como uma onda.
h = 6,6262 x 10-34 J.s (PLANCK)px > h/4
Incerteza na velocidade de um elétron situado dentro de um diâmetro típico de um átomo (200 pm) - ± 150 km/s
Orbitais atômicos• Cálculos do modelo de Bohr exigem uma determinação
precisa de posição e velocidade do elétron.• Aplicações dos princípios da mecânica ondulatória para
definir a estrutura eletrônica dos átomos e a forma dos orbitais ocupados pelos elétrons.
• Equação de Schrödinger (função de onda aplicada ao movimento dos elétrons) – descreve o orbital.
• Probabilidade de encontrar um elétron em algum ponto do espaço (densidade de probabilidade):
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dxdydz
Se quisermos ter a certeza completa de onde estará um elétron teríamos que desenhar um orbital do tamanho do
universo!!!
• Região do espaço onde o elétron passa 95% de seu tempo.
• Região definida por uma função de onda matemática – solução da equação de Schrödinger.
• Cada orbital atômico definido por três números quânticos:– n – 1, 2, 3, ... (principal – tamanho)– l – 0, 1, 2, ..., (n-1) (secundário – forma)– m - -l, ..., 0, ..., +l (magnético – orientação)
Orbitais atômicos
Cada orbital atômico pode ser definido inequivocamente pelos três números
quânticos
Orbitais atômicos e as camadas eletrônicas
n l m Símbolo
1 0 0 1s
2 0 0 2s
2 1 -1, 0, +1 2p
3 0 0 3s
3 1 -1, 0, +1 3p
3 2 -2, -1, 0, +1, +2 3d
4 0 0 4s
4 1 -1, 0, +1 4p
4 2 -2, -1, 0, +1, +2 4d
4 3 -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 4f
Regiões de densidades de probabilidade em função da distância do núcleo: 95%
Os orbitais “s”- Simetria esférica – densidade de probabilidade varia apenas com r.- Tamanho da esfera e nº de máximos da distribuição aumentam com n.- Probabilidade de encontrar os elétrons é igual em todas as direções.- Número quântico secundário (l) é igual a zero (m = 0) – apenas 1 orbital.
Os orbitais “2p”
Regiões de densidades de probabilidade em função da distância do núcleo: 95%
- Solução da equação de Schrödinger () depende da distância e da orientação do orbital no espaço (x, y, z) – três orbitais (l = 1; m = -1, 0, 1);- Duas regiões distintas e simétricas com mesma densidade de probabilidade de encontrar o elétron – têm simetria de rotação em torno do eixo que passa pelo núcleo.
Regiões de probabilidade definidas pela resolução da equação de Schrödinger (95%)
Os orbitais “3p”
Regiões de probabilidade definidas pela resolução da equação de Schrödinger (95%)
Os orbitais “3d”
x2-y2 x-y x-z
y-z z2
- 5 orbitais (l = 2; m = -2, -1, 0, 1, 2).
- Solução da equação de Schrödinger depende da distância radial e de duas direções no espaço.
Alguns aspectos importantes• A energia do elétron no orbital atômico não varia
com sua localização.• A energia do elétron (soma das energias cinética e
potencial) é constante, o que pode variar é a contribuição de cada uma delas para o total, segundo o posicionamento do elétron em relação ao núcleo.
• Cada orbital atômico pode conter no máximo dois elétrons.
• Princípio de exclusão de Pauli – não existem elétrons com os quatro números quânticos iguais.
• Regra de Hund para distribuição eletrônica.• A seqüência dos níveis energéticos.
Distribuição espacial dos átomos:CRISTAIS
• Estruturas tridimensionais organizadas.• Compostos metálicos e iônicos:
– Metálicos – todos os átomos são iguais;– Iônicos – composto por cátions e ânions.
• As unidades mínimas se repetem indefinidamente nas três direções do espaço.
• As dimensões de um cristal podem variar de alguns nanômetros a vários centímetros.
• Cristais covalentes.
Cristais
• Número de coordenação:– Depende do arranjo cristalino assumido
pelos átomos.– Depende de fatores geométricos.
• Admitimos que os átomos ou íons são esferas rígidas.
• Estruturas cristalinas mais comuns.
CCC
• Número de coordenação – 8.
• Número de átomos por célula unitária – 2.
• Fator de empacotamento (FE) – (volume dos átomos na célula/volume da célula) = 0,68.
• Cálculo da densidade – (massa dos átomos da célula unitária/volume da célula unitária)
• Cr, W, Mo, Fe(), Nb, V.ra
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Construção do retículo CCC
CFC
• Número de coordenação – 12.
• Número de átomos por célula unitária – 4.
• Fator de empacotamento – 0,74 (mais compacto que o CCC).
• Cálculo da densidade -
• Al, Ni, Cu, Ag, Au Pt, Fe().
ra 22
Construção do retículo CFC
HC
• Número de coordenação.• Número de átomos por célula unitária – 2 (porém o prisma hexagonal da Figura, mais fácil de visualizar espacialmente possui 6 átomos).• Fator de empacotamento – 0,74 (tão compacto quanto o CFC)• Cálculo da densidade.• Be, Mg, Zn e Co.
Construção do retículo HC
Diferenciando o CFC do HC
CFC HC
Diferenciando o CFC do HC
Empilhamento de planos cristalinos
ABC-ABC AB-AB
Vazios em estruturas cristalinasImportante para compostos iônicos – são os
locais onde irão se acomodar os íons menores (geralmente os cátions)
Cristais covalentes
DiamanteGrafite
Sílica