professor: josé tiago pereira barbosa 2013. por que os átomos se combinam para formar moléculas...

Professor: José Tiago Pereira Barbosa

2013

VOCÊ PODE RESPOSNDER AS SEGUINTES PERGUNTAS?

Por que os átomos se combinam para formar moléculas e como?

Como os átomos se mantêm unidos numa ligação química?

Por que a molécula de água tem uma ligação química num ângulo de 104,5º?

Por que as moléculas do DNA, portador do código genético se ligam em curiosas formas como hélice?

Por que os materiais de construção apresentam resistência ao corte ou esforço menores do que o valor teórico esperado?

UM POUCO DE HISTÓRIA

Os átomos raramente podem ser encontrados isoladamente. As ligações químicas unem os átomos, porém nem todos os átomos conseguem formar ligações.

Dois átomos de um gás nobre exercem entre si uma atração mútua tão fraca que não conseguem formar uma molécula. Por outro lado, a maioria dos átomos forma ligações fortes com átomos da própria espécie e com outros tipos de átomos.

Historicamente, a propriedade dos átomos de formar ligações foi descrita como sendo a sua valência. Este conceito é pouco utilizado atualmente. Hoje o termo é usado como adjetivo como, por exemplo, elétron de valência ou camada de valência.


Quando o conceito de valência foi introduzido não se tinha o conhecimento de elétrons, prótons e nêutrons.

O descobrimento do elétron, em 1897, possibilitou o desenvolvimento das teorias de valência e das ligações químicas.

Em 1901, o químico Gilbert Newton Lewis tentou explicar a tabela periódica em termos de distribuição eletrônica, porém, o conhecimento mais detalhado da distribuição dos elétrons nos átomos só estaria disponível anos mais tarde, com o desenvolvimento da mecânica quântica.


Lewis propôs, em 1916, uma forma de representação em termos de diagramas estruturais onde os elétrons aparecem como pontos.

Um pouco antes dessa data, Ernest Rutherford havia mostrado que o número total de elétrons em um átomo neutro era igual ao seu número de ordem sequencial, ou número atômico, na tabela periódica.

A teoria de Lewis é frequentemente chamada de teoria do octeto, por causa do agrupamento cúbico de oito elétrons.

LIGAÇÃO QUÍMICA – ALGUMAS CONSIDERAÇÕES

O conceito de configuração eletrônica e o desenvolvimento da Tabela Periódica permitiu aos químicos uma base lógica para explicar a formação de moléculas e outros compostos.

A explicação de Kossel e Lewis é que os átomos reagem de forma a alcançar uma configuração eletrônica mais estável (correspondendo à configuração de um gás nobre.)

O que é uma ligação química? É o conjunto de forças que mantém os átomos unidos entre si,

dando origem a moléculas ou compostos iônicos / metálicos. Em todos os tipos de ligação química as forças de ligação são essencialmente eletrostáticas, isto é, forças entre cargas elétricas.

Regra do Octeto = os átomos tendem a ganhar, perder ou compartilhar elétrons, de tal forma que tenham 8 elétrons na camada de valência.

H preferencialmenteN preferencialmenteO preferencialmente

ganha 1 elétronganha 3 elétronsganha 2 elétrons

Elétron

HidrogênioNº Atômico = 1

CarbonoNº Atômico = 6

NitrogênioNº Atômico = 7

OxigênioNº Atômico = 8

Camada de Valência (Comporta um máximo de 8 elétrons)

Camada Interna (Comporta um máximo de 2 elétrons)

Se dois átomos combinarem entre si, dizemos

que foi estabelecida entre eles uma

LIGAÇÃO QUÍMICA

Os elétrons mais externos do átomo

são os responsáveis pela

ocorrência da ligação química

Para ocorrer uma ligação química

é necessário que os átomos

percam ou ganhem elétrons, ou, então,

compartilhem seus elétrons

de sua última camada

Na Cl+ –

H H

O SÓDIO PERDEUELÉTRON

O CLORO GANHOUELÉTRON

OS ÁTOMOS DE HIDROGÊNIO COMPARTILHARAM ELÉTRONS

Na maioria das ligações, os átomos ligantes possuem

distribuição eletrônica

semelhante à de um gás nobre, isto é,

apenas o nível K, completo, ou, 8 elétrons em

sua última camada

Esta idéia foi desenvolvida pelos cientistas

Kossel e Lewis

e ficou conhecida como

TEORIA DO OCTETO

Um átomo que satisfaz A TEORIA DO OCTETO

é estável e é aplicada principalmente

para os elementos do subgrupo A

(representativos)

da tabela periódica

H (Z = 1)

He (Z = 2)

F (Z = 9)

Ne (Z = 10)

Na (Z = 11)

1s1

1s2

INSTÁVEL

2s2 2p51s2

2s2 2p61s2

3s12s2 2p61s2

ESTÁVEL

INSTÁVEL

ESTÁVEL

INSTÁVEL

Na maioria das vezes, os átomos que:

Perdem elétrons

são os metais das famílias 1A, 2A e 3A

Recebem elétrons

são ametais das famílias 5A, 6A e 7A

01) Os átomos pertencentes à família dos metais

alcalinos terrosos e dos halogênios adquirem

configuração eletrônica de gases nobres quando,

respectivamente, formam íons com números de carga:

a) + 1 e – 1.

b) – 1 e + 2.

c) + 2 e – 1.

d) – 2 e – 2.

e) + 1 e – 2.

ALCALINOS TERROSOS

HALOGÊNIOS

FAMÍLIA 2A

FAMÍLIA 7A

PERDE 2 ELÉTRONS

GANHA 1 ELÉTRONS

+ 2

– 1

02) Um átomo X apresenta 13 prótons e 14 nêutrons. A

carga

do íon estável formado a partir deste átomo será:a) – 2.

b) – 1.

c) + 1.

d) + 2.

e) + 3.1s2 2s2 2p6 3s2 3p1

ÚLTIMA CAMADA

3 ELÉTRONS PERDE

3 ELÉTRONS + 3

X (Z = 13)

LIGAÇÃO IÔNICA ou ELETROVALENTE

LIGAÇÃO IÔNICA ou ELETROVALENTE

Esta ligação ocorre devido à

ATRAÇÃO ELETROSTÁTICA

entre íons de cargas opostas

Na ligação iônica os átomos ligantes apresentam uma

grande

diferença de eletronegatividade ,

isto é, um é

METAL e o outro AMETAL

LIGAÇÃO ENTRE O SÓDIO (Z = 11) E CLORO (Z = 17)

Na (Z = 11) 1s2 2s2 2p6 3s1

PERDE 1 ELÉTRON

Cl (Z = 17) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

RECEBE 1 ELÉTRON

CLORETO DE SÓDIO

Na Cl+ –

Na Cl+ –

UMA REGRA PRÁTICA

Para compostos iônicos poderemos

usar na obtenção da fórmula final o

seguinte esquema geral

C Ax y

01) A camada mais externa de um elemento X possui 3

elétrons, enquanto a camada mais externa de outro

elemento Y tem 6 elétrons. Uma provável fórmula de

um composto, formado por esses elementos é:

a) X2Y3.

b) X6Y.

c) X3Y.

d) X6Y3.

e) XY.

X

Y

perde 3 elétrons

ganha 2 elétrons

X3+

Y 2–

X Y23

02) O composto formado pela combinação do elemento X

(Z = 20) com o elemento Y (Z = 9) provavelmente tem

fórmula:a) XY.

b) XY2.

c) X3Y.

d) XY3.

e) X2Y.

X (Z = 20) 4s21s2 2s2 2p6 3s2 3p6

Y (Z = 9)

X perde 2 elétrons X 2+

2s2 2p51s2

Y ganha 1 elétron Y 1 –

12 YX

A principal característica desta ligação é o

compartilhamento (formação de pares) de

elétrons entre os dois átomos ligantes

Os átomos que participam da ligação

covalente são

AMETAIS, SEMIMETAIS e o HIDROGÊNIO

Os pares de elétrons compartilhados são

contados para os dois átomos ligantes

É quando cada um dos átomos ligantes

contribui com

um elétron para a formação do par

Consideremos, como primeiro exemplo, a

união entre dois átomos do

ELEMENTO HIDROGÊNIO (H)

para formar a molécula da substância

SIMPLES HIDROGÊNIO (H2)

H H

H H

FÓRMULA ELETRÔNICA

2H H

FÓRMULA ESTRUTURAL PLANA

FÓRMULA MOLECULAR

H (Z = 1) 1s1

Consideremos, como segundo exemplo, a união entre dois

átomos do ELEMENTO NITROGÊNIO (N)

para formar a molécula da substância

SIMPLES NITROGÊNIO (N2)

N (Z = 7) 2s2 2p31s2

N N FÓRMULA ELETRÔNICA

N N FÓRMULA ESTRUTURAL PLANA

N2FÓRMULA MOLECULAR

Consideremos, como terceiro exemplo, a união

entre dois átomos do ELEMENTO HIDROGÊNIO e

um átomo do ELEMENTO OXIGÊNIO para formar a

substância COMPOSTA ÁGUA (H2O)

H (Z = 1) 1s1

O (Z = 8) 2s2 2p41s2

OH H

OH H



H2O FÓRMULA MOLECULAR

01) Os elementos químicos N e Cl podem combinar-se formando a substância:

Dados: N (Z = 7); Cl (Z = 17)

a) NCl e molecular.

b) NCl2 e iônica.

c) NCl2 e molecular.

d) NCl3 e iônica.

e) NCl3 e molecular.

como os dois átomos são AMETAIS a ligação é molecular (covalente)

Cl (Z = 17) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

N (Z = 7) 1s2 2s2 2p3

NCl

Cl

Cl

NCl3

02) (UESPI) O fosfogênio (COCl2), um gás incolor, tóxico, de cheiro penetrante,

utilizado na Primeira Guerra Mundial como gás asfixiante, é produzido a

partir da reação:CO(g) + Cl2(g) COCl2(g)

Sobre a molécula do fosfogênio, podemos afirmar que ela apresenta:

a) duas ligações duplas e duas ligações simples

b) uma ligação dupla e duas ligações simples

c) duas ligações duplas e uma ligação simples

d) uma ligação tripla e uma ligação dupla

e) uma ligação tripla e uma simples

CO

Cl

Cl

03) Observe a estrutura genérica representada abaixo;

Para que o composto esteja corretamente representado, de acordo com as

ligações químicas indicadas na estrutura, X deverá ser substituído pelo

seguinte elemento:

a) fósforo

b) enxofre

c) carbono

d) nitrogênio

e) cloro

XH

H

O

OOC

Se apenas um dos átomos contribuir com os

dois elétrons do par, a ligação será

COVALENTE DATIVA ou COORDENADA

A ligação dativa é indicada por uma seta que sai do

átomo que cede os elétrons chegando no átomo

que recebe estes elétrons, através do

compartilhamento

Vamos mostrar a ligação DATIVA, inicialmente, na molécula do

dióxido de enxofre (SO2),

onde os átomos de oxigênio e enxofre possuem

6 elétrons na camada de valência

S OO

S OO



SO2FÓRMULA MOLECULAR

01) O gás carbônico (CO2) é o principal responsável pelo efeito estufa, enquanto

o dióxido de enxofre (SO2) é um dos principais poluentes atmosféricos.

Se considerarmos uma molécula de CO2 e uma molécula de SO2, podemos

afirmar que o número total de elétrons compartilhados em cada molécula é

respectivamente igual a:

Dados: números atômicos: C = 6; 0 = 8; S = 16.

a) 4 e 3.

b) 2 e 4.

c) 4 e 4.

d) 8 e 4.

e) 8 e 6.

CO

O

O

SO

02) Certo átomo pode formar 3 covalências normais e 1 dativa. Qual

a provável família desse elemento na classificação periódica?

a) 3 A .

b) 4 A .

c) 5 A .

d) 6 A .

e) 7 A .

X 5 A

DESOBEDIÊNCIA À REGRA DO OCTETO

Hoje são conhecidos compostos que não obedecem

à regra do OCTETO

Átomos que ficam estáveis com menos de 8 elétrons

na camada de valência

H Be H

O berílio ficou estável com 4 elétrons


H Be H

O boro ficou estável com 6 elétrons


B

F

F

F

B

F

F

F

Átomos que ficam estáveis com mais de 8 elétrons


SF

F

FF

F FS

F

F

FF

F F

O enxofre ficou estável com 12 elétrons


P

Cl

Cl

Cl

ClClP

Cl

Cl

Cl

ClCl

O fósforo ficou estável com 10 elétrons


Átomo que fica estável com número impar de elétrons


O nitrogênio ficou estável com 7 elétrons

na camada de valência.

O N O O N O

Compostos dos gases nobres

F Xe F XeF F

FF

Recentemente foram produzidos vários compostos

com os gases nobres

Estes compostos só ocorrem com gases nobres

de átomos grandes, que comportam a camada

expandida de valência

01) (PUC-SP) Qual das seguintes séries contém todos os

compostos covalentes, cuja estabilização ocorre sem que

atinjam o octeto?

a) BeCl2, BF3, H3BO3, PCl5.

b) CO, NH3, HClO, H2SO3.

c) CO2, NH4OH, HClO2, H2SO4.

d) HClO3, HNO3, H2CO3, SO2.

e) HCl, HNO3, HCN, SO3.

02) (PUC – RJ) Observa-se que, exceto o hidrogênio, os outros elementos dos grupos IA a VIIIA da tabela periódica tendem a formar ligações químicas de modo a preencher oito elétrons na última camada. Esta é a regra do octeto. Mas, como toda regra tem exceção, assinale a opção que mostra somente moléculas que não obedecem a esta regra:

BH3

CH4 H2O HCl XeF6

I II III IV Va) I, II e III.

b) II, II e IV.

c) IV e V.

d) I e IV.

e) I e V.

A forma geométrica de uma molécula pode ser

obtida a partir de vários meios, entre os quais destacamos as

REGRAS DE HELFERICH,

que podem ser resumidas da seguinte forma:

O C O OH H

Estas moléculas podem ser LINEARES ou ANGULARES

Se o átomo central “A” não

possui par de elétrons

disponíveis, a molécula é

LINEAR

Se o átomo central “A”

possui um ou mais pares de

elétrons disponíveis, a

molécula é

ANGULAR

B

F

F

FN

ClCl

Cl

Estas moléculas podem ser TRIGONAL PLANA ou PIRAMIDAL


não possui par de

elétrons disponíveis a

geometria da molécula

será

TRIGONAL PLANA


possui par de elétrons

disponíveis a geometria

da molécula será

PIRAMIDAL

CCl

ClCl

Cl

Estas moléculas terão uma geometria

TETRAÉDRICA

moléculas do PCl 5


BIPIRÂMIDE TRIGONAL

moléculas do SF6


OCTAÉDRICA

01) Dados os compostos covalentes, com as respectivas

estruturas: I : BeH2 - linear.

II : CH4 - tetraédrica.

III : H2O - linear.

IV : BF3 - piramidal.

V : NH3 - trigonal plana.

Pode-se afirmar que estão corretas:

a) apenas I e II.

b) apenas II, IV e V.

c) apenas II, III e IV.

d) apenas I, III e V.

e) todas.

Verdadeiro

Falso

Falso

Verdadeiro

Falso

02) As moléculas do CH4 e NH3 apresentam, as seguintes

respectivamente, as seguintes geometrias:

a) quadrada plana e tetraédrica.

b) pirâmide trigonal e angular.

c) quadrada plana e triangular plana.

d) pirâmide tetragonal e quadrada plana.

e) tetraédrica e pirâmide triangular.

Estas moléculas terão

uma geometria

TETRAÉDRICA

CH4

NH

HH

Se o átomo central

“A”

possui par de

elétrons disponíveis a

geometria da

molécula será

PIRAMIDAL

ClHCLORO

é mais eletronegativo que o

HIDROGÊNIO

d+ d-

HHOs dois átomos

possuem a mesma

ELETRONEGATIVIDADE

A polaridade de uma molécula

que possui mais de dois átomos é expressa pelo

VETOR MOMENTO DE DIPOLO RESULTANTE ( ) u

Se ele for NULO, a molécula será APOLAR;

caso contrário, POLAR.

CO O

A resultante das forças é nula

(forças de mesma intensidade, mesma direção

e sentidos opostos)

A molécula do CO2 é APOLAR

OH H

A resultante das forças é

diferente de ZERO

A molécula da água é

POLAR

01) Assinale a opção na qual as duas substâncias são

apolares:a) NaCl e CCl4.

b) HCl e N2.

c) H2O e O2.

d) CH4 e Cl2.

e) CO2 e HF.CH4 e CCl4 têm geometria TETRAÉDRICA

com todos os ligantes

do carbono iguais, portanto, são

APOLARES

CH4, CCl4,

CO2 tem geometria LINEAR

com todos os ligantes

do carbono iguais, portanto, é

APOLAR

CO2,

N2, O2 e Cl2 são substâncias SIMPLES,

portanto, são

APOLARES

N2, O2, Cl2.

02) (UFES) A molécula que apresenta momento dipolar diferente

de zero (molecular polar) é:

a) CS2.

b) CBr4.

c) BCl3.

d) BeH2.

e) NH3.

NH3 tem geometria

piramidal, portanto, é POLAR

03) (UFRS) O momento dipolar é a medida quantitativa da polaridade de uma ligação. Em moléculas apolares, a resultante dos momentos dipolares referentes a todas as ligações apresenta valor igual a zero. Entre as substâncias covalentes abaixo:

I) CH4 II) CS2 III) HBr IV) N2

Quais as que apresentam a resultante do momento dipolar igual a zero?

CH4

Molécula

tetraédrica que

são

APOLARES

moléculas

LINEARES

com ligantes

iguais são

APOLARES

S C S BrH

moléculas

DIATÔMICAS

com ligantes

diferentes são

POLARES

NN

moléculas

DIATÔMICAS

com ligantes

iguais são

APOLARES

São as ligações que resultam da interação

ENTRE MOLÉCULAS, isto é,

mantêm unidas moléculas de uma

substância

As ligações INTERMOLECULARES podem ser em:

Dipolo permanente – dipolo permanente

Dipolo induzido – dipolo induzido ou

forças de dispersão de London

Ponte de hidrogênio

Em uma MOLÉCULA POLAR sua

extremidade NEGATIVA atrai a extremidade POSITIVA da

molécula vizinha, o mesmo ocorre com sua extremidade positiva

que interage com a parte negativa de outra molécula vizinha

+ – + – + –

+– +– +–

Nas moléculas APOLARES, uma nuvem

de elétrons se encontra em constante movimento

H H– H H –

Se, durante uma fração de segundo, esta nuvem eletrônica

estiver deslocada para um dos extremos da molécula,

pode-se dizer que foi criado um

DIPOLO INDUZIDO,

isto é, por um pequeno espaço a molécula possui PÓLOS

Um caso extremo de atração dipolo – dipolo ocorre quando temos o

HIDROGÊNIO ligado a átomos pequenos e

muito eletronegativos, especialmente

o FLÚOR, o OXIGÊNIO e o NITROGÊNIO.

Esta forte atração chama-se

PONTE DE HIDROGÊNIO,

sendo verificada nos estados sólido e líquido

HF

H F H F

HF

As pontes de hidrogênio são mais intensas que

as forças dipolo – dipolo permanente, e estas mais intensas que

as interações dipolo – dipolo induzido

OH

O

H

O

H

H

O

H H

OH

H

H

H

OH

H

01) Compostos de HF, NH3 e H2O apresentam pontos

de

fusão e ebulição maiores quando comparados com

H2S

e HCl, por exemplo, devido às:a) forças de Van Der Waals.

b) forças de London.

c) pontes de hidrogênio.

d) interações

eletrostáticas.

e) ligações iônicas.

02) (UCDB-DF) O CO2 no estado sólido (gelo seco) passa

diretamente

para o estado gasoso em condições ambiente; por outro lado, o

gelo comum derrete nas mesmas condições em água líquida, a

qual passa para o estado gasoso numa temperatura próxima a

100°C. Nas três mudanças de estados físicos,

respectivamente,

são rompidas:a) ligações covalentes, pontes de hidrogênio e pontes de

hidrogênio.

b) interações de Van der Waals, ligações iônicas e ligações

iônicas.

c) interações de Van der Waals, pontes de hidrogênio e

ligações covalentes.

d) interações de Van der Waals, pontes de hidrogênio e pontes

de hidrogênio.

e) interações de Van der Waals, pontes de hidrogênio e

interações de Van der Waals.

03) Considere o texto abaixo.“Nos icebergs, as moléculas polares da água associam-se

por.................................

No gelo seco, as moléculas apolares do dióxido de

carbono unem-se por

...................................... . Conseqüentemente, a 1 atm de

pressão, é possível

prever que a mudança de estado de agregação do gelo

ocorra a uma temperatura

................ do que a do gelo seco.”

I

II

III

Para completá-lo corretamente, I, II e III devem ser

substituídos, respectivamente, por:

a) Forças de London, pontes de hidrogênio

e menor.

b) Pontes de hidrogênio, forças de Van der

Waals e maior.

c) Forças de Van der Waals, pontes de

hidrogênio e maior.

d) Forças de Van der Waals, forças de

London e menor.

e) Pontes de hidrogênio, pontes de

hidrogênio e maior.

PONTES DE HIDROGÊNIO

FORÇAS DE VAN DER WAALS

MAIOR

professor: josé tiago pereira barbosa 2013. por que os átomos se combinam para formar moléculas...

Documents