Rede So Paulo de

Cursos de Especializao para o quadro do Magistrio da SEESP

Ensino Fundamental II e Ensino Mdio

So Paulo

2011

UNESP Universidade Estadual PaulistaPr-Reitoria de Ps-GraduaoRua Quirino de Andrade, 215CEP 01049-010 So Paulo SPTel.: (11) 5627-0561www.unesp.br

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Luiz Antonio Andrade de Oliveira

Camila Silveira da Silva

Olga Maria Mascarenhas de Faria Oliveira

Ficha da Disciplina:

LigaoQumica

http://lattes.cnpq.br/4313782765715328http://lattes.cnpq.br/2545977009055473http://lattes.cnpq.br/9125031660515383

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Estrutura da DisciplinaSemana Temas Ativ. Datas

11. Evoluo Histrica do Conceito de Ligao Qumica

1 4/abr a 10/abr

2

2. A ligao Qumica no Contexto do tomo Divisvel2.1 Regra do Octeto: Importncia Histrica, Limites de sua Utilizao

2 11/abr a 17/abr

3

3. Ligao Qumica: Conceito e Tipos3.1 Caractersticas Gerais das Ligaes Qumicas: Ligao Covalente3.2 Caractersticas Gerais das Ligaes Qumicas: Ligao Inica 3.3 Caractersticas Gerais das Ligaes Qumicas: Ligao Metlica3.4 Caractersticas Gerais das Ligaes Qumicas: Ligaes (ou Interaes) Intermoleculares

3, 4, 5 18/abr a 24/abr

4

4. Ligao Covalente em Entidades Isoladas4.1 Ligao Covalente versus Inica - O Caso do NaCl e do HCl4.2 Geometria de Molculas Isoladas: Teoria da Repulso dos Pares de Eltrons da Camada de Valncia (TRPECV) 4.3 Outros Exemplos de Aplicao da TRPECV

7, 8, 9 25/abr a 1/mai

5

5. Obedecer ou no a Regra do Octeto? 5.1 O Caso do H2SO4 e do nion SO42-

5.2 O Caso em que no h tomo Central na Molcula.

10, 11, 12, 13

2/mai a 8/mai

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ResumoA busca da compreenso do por que a matria sofre transformaes, gerando nova matria

com propriedades diferentes das iniciais, e as explicaes para essas transformaes, tm ocu-pado a mente humana desde a Antiguidade. S muito mais recentemente estas transformaes foram interpretadas como sendo decorrente da quebra e formao de ligaes qumicas.

Atualmente, a ligao qumica interpretada como resultante da interao entre os el-trons das camadas de valncia dos tomos que formam uma substncia. Esses eltrons so atrados por todos os ncleos dos tomos que compem a substncia, e ao mesmo tempo interagem e se repelem entre si, tendo como resultado final um abaixamento de energia da substncia formada em relao aos tomos iniciais isolados.

O comportamento dos eltrons ligados aos ncleos de cada um dos tomos isolados que for-mam uma substncia, por sua vez, a rigor descrito luz dos conceitos da Qumica Quntica. Deste modo, a descrio da ligao qumica requer, em algum grau, a utilizao de conceitos associados descrio probabilstica do eltron, envolvendo termos como orbital, densidade eletrnica, sobreposio de orbitais, ordem de ligao, dentre outros.

Segundo definio recomendada pela IUPAC, diz-se que h uma ligao qumica entre dois tomos ou grupos de tomos quando h foras atuando entre eles, de modo que leve formao de um agregado com estabilidade suficiente que torne conveniente para o qumico consider--lo como uma espcie molecular independente. Com base nesta definio so quatro os tipos de interaes existentes entre os tomos que formam uma substncia qumica: ligao inica, ligao covalente, ligao metlica e interaes intermoleculares.

As trs primeiras interaes ligao inica, covalente e metlica - so fortes, e cons-tituem o que tradicionalmente includo nos livros didticos como ligaes qumicas. O quarto tipo de interao as interaes moleculares normalmente muito mais fraca que as trs primeiras, e usualmente no so classificadas nos textos didticos tra-dicionais como ligaes qumicas. Embora mais fracas, as interaes intermoleculares so muito importantes na compreenso das caractersticas fsicas de uma substncia, como por exemplo, o ponto de fuso, densidade de suas fases, estrutura e estabilidade de protenas e DNA.

Este importante aspecto da Qumica, a ligao qumica, que juntamente com a estru-tura e reatividade das substncias, constitui a espinha dorsal do conhecimento qumico atual, ser o objeto do terceiro mdulo do nosso Curso.

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Sumrio1. Evoluo histrica do conceito de ligao qumica ....................6

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1. Evoluo histrica do conceito de ligao qumica

As primeiras idias das quais se tem registro, sobre o que hoje conhecemos como ligao qumica, remonta a 410-450 a.C., estando associadas aos nomes de Demcrito. Seguindo a proposio do modelo do tomo indivisvel proposto por Leucipo e Demcrito, este ltimo props que os tomos eram dotados de colchetes e ganchos, atravs dos quais se uniam para formar slidos. Posteriormente, antes da afirmao da Qumica como cincia exata, surgiram outras explicaes no cientficas para a formao da ligao qumica, como sendo decorrentes de as partculas em repouso estarem coladas e as partculas serem mantidas juntas por mo-vimentos conspiratrios.

Durante quase dois mil anos, a idia de tomo dos filsofos gregos, e suas idias adjacentes sobre ligao qumica, foram abandonadas, sendo substituda pelas idias do modelo dos qua-tro elementos de Empdocles e Aristteles e, posteriormente, pelas da Alquimia. No sculo XVII, com o reaparecimento das idias da Teoria Atmica da matria, atravs dos trabalhos de Ren Descartes (filsofo e fsico francs, 1596-1650), Pierre Gassendi (filsofo e cientista francs, 1592 1650) e Isaac Newton (fsico e matemtico ingls, 1643 1727), as idias dos filsofos gregos para explicar como as partculas se uniam tambm foram retomadas. Descar-tes, por exemplo, adotou a idia da interao dos tomos ocorrerem atravs de algo semelhante aos colchetes e ganchos dos gregos.

Em 1661, Robert Boyle (filsofo e qumico ingls, 1627 1691), em seu livro O Qumico Ctico, postulou que a matria constituda de aglomerados de partculas, e que as mu-danas qumicas resultam de rearranjos dos aglomerados. Em 1704, Newton postulou que as partculas se atraiam por alguma fora, a qual em contato prximo extremamente forte, em pequenas distncias realiza as operaes qumicas, e em distncias maiores das partculas no tm efeito sensvel.

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Em 1718, utilizando as idias de Boyle, o qumico e fsico francs Etiene Francois Geoffroy (1672-1731) desenvolveu a Teoria Da Afinidade Qumica, representada na tabela que se segue.

Em 1803, John Dalton (qumico ingls, 1766-1844), aps propor sua Teoria do tomo In-divisvel, tambm props incorretamente que os tomos simples se enganchavam para formar tomos compostos. Em 1808 Dalton resumiu suas idias na tabela apresentada a seguir.

O primeiro a ter idia clara sobre a diferena entre tomo simples e molcula, como co-nhecemos hoje, foi o cientista italiano Lorenzo Romano Amedeo Avogadro (1776-1856), em 1811. No entanto, s em 1860, aps a morte de Avogadro, sua idia sobre molcula foi aceita pela comunidade qumica da poca.

Embora durante o sculo XIX vrios pesquisadores tenham contribudo para o desenvol-vimento da idia de ligao qumica, arbitrariamente selecionamos e destacamos apenas os trabalhos do qumico ingls Edward Frankland (1825-1899) e do fsico austraco Ludwig Boltzmann (1844-1906). Em 1852 Frankland, a partir dos resultados de seus trabalhos, pro-ps o conceito de valncia, conceito que influenciou todo o desenvolvimento do conhecimento qumico da poca. Em 1898, aplicando o conceito de valncia, Boltzmann explicou a formao da molcula de I2, e postulou que esta atrao qumica deveria estar associada com uma regio relativamente pequena da superfcie de cada tomo, que ele chamou de regio sensitiva. Nas palavras de Boltzmann Quando dois tomos esto situados de modo que suas regies sensi-tivas esto em contato, ou se sobrepe parcialmente, haver uma atrao qumica entre eles. Dizemos ento que eles esto quimicamente ligados um ao outro. Embora rudimentar este quadro surpreendente, pois envolve a primeira descrio detalhada da ligao qumica como resultante da sobreposio de orbitais atmicos, numa poca em que ainda no se dispunha de

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um modelo para o tomo divisvel. importante relembrar que a descoberta do eltron como constituinte universal da matria havia sido feita por J. J. Thomson em 1897, apenas um ano antes de Boltzmann publicar suas idias!

Com o estabelecimento indiscutvel da natureza eltrica e divisvel do tomo, comeou-se a atribuir a formao da ligao qumica ao compartilhamento de pares de eltrons entre os tomos que a formam, o que posteriormente seria conhecido como ligao covalente. Essas idias foram inicialmente desenvolvidas pelo qumico americano Gilbert Lewis (1875-1946), no perodo compreendido aproximadamente entre 1902 e 1916. Inicialmente, com base na idia da grande estabilidade associada a tomos com oito eltrons em suas camadas atmicas, os gases nobres, props seu modelo de tomo cbico, assim como os diagramas de pontos, que viriam a ser conhecidos posteriormente. Suas idias, incluindo a interpretao da ligao qumica como sendo devido ao compartilhamento de pares de eltrons, em nmero suficiente para satisfazer o octeto, foram explicitadas no seu trabalho clssico The Atom and the Mo-lecule Lewis, (1916).

As idias de Lewis sobre a ligao qumica foram ex-pandidas pelo fsico e qumico americano Irving Lang-muir (1881-1957), que culminaram nos estudos sobre a natureza da ligao qumica pelo qumico americano Linus Pauling (1901-1994). As idias de Pauling sobre a ligao esto reunidas no seu livro clssico Pauling, L. The Nature of the Chemical Bond. Cornell University Press, publicado pela primeira vez em 1939, constituin-do as bases da Teoria de Ligao de Valncia. Na viso de Pauling esto includas as idias da ligao qumica

como sendo devido sobreposio de orbitais dos to-mos que compem a molcula, a formao de orbitais hbridos para explicar a geometria e nmero de ligaes feitas por tomos como carbono e nitrognio e a res-sonncia para explicar a equivalncia das ligaes em estruturas como o benzeno.

Molcula: Uma entidade eletrica-mente neutra que consiste de mais de um tomo. A rigor, uma mol-cula deve corresponder a uma de-presso na superfcie de energia potencial que seja suficientemente profunda para confinar pelo menos um estado vibracional da entidade.

Orbitais hbridos: Um orbital at-mico obtido pela hibridao de orbitais com diferentes nmeros qunticos de momentos angulares (l) localizados num mesmo tomo.

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Em 1900 o fsico alemo Max Plan-ck (1858- 1947) postulou o conceito de quantizao da energia para descrever fenmeno relacionado com a emisso e absoro de energia por um corpo em funo da temperatura. Posteriormente, o conceito de quantizao dos nveis de energia foi incorporado na descrio do comportamento do eltron no tomo de hidrognio, num modelo proposto pelo fsico dinamarqus Niels Henrik David Bohr (1885-1962) em 1913.

Como a formao das ligaes qumicas est associada interao dos eltrons dos tomos que a formam, era inevitvel que os conceitos e mtodos da Fsica Quntica fossem utiliza-dos em sua descrio. Isto foi feito com sucesso em 1927, pelos fsicos alemes Fritz London (1900-1954) e Walter Heinrich Heitler (1904-1981), que aplicaram a Mecnica Quntica para explicar a formao da ligao covalente na molcula de hidrognio. Esta abordagem, que a base do que hoje se conhece como Teoria da Ligao de Valncia, marcou o nascimento da Qumica Quntica.

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Ressonncia: No contexto da qumica, o termo se refere representao da estrutura eletrnica de uma entidade molecular em termos da contribui-o de mais de uma estrutura. Ressonncia entre diversas estruturas conribuintes significa que a funo de onda total representada pela mistura das funes de onda das estruturas contribuintes. O conceito a base dos mtodos da Mecnica Quntica aplicados que descrevem a ligao de valncia. A estabilizao resultante da ressonn-cia est ligada ao conceito mecnico-quntico de energia de ressonncia.

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Em 1929 o qumico ingls John Lennard-Jones (1894-1954) props descrever a formao dos orbitais moleculares atravs da combinao linear dos orbitais atmicos (Mtodo CLOA) que compem uma molcula. Sugeriu tambm mtodos para derivar as estruturas eletrnicas de molculas como F2 e O2 a partir de princpios qunticos bsicos. Essas idias constituem as bases do que hoje se conhece como Teoria do Orbital Molecular.

Esses mtodos, e seus desdobramentos subsequentes, constituem a base dos clculos iniciais feitos atualmente pela Qumica Quntica. No entanto, bom se destacar que nenhum dos mtodos permite uma soluo exata dos sistemas, devido complexidade dos clculos envol-vidos. Mesmo com essa limitao, os clculos aproximados podem ser desenvolvidos at um ponto em que h excelente concordncia entre os resultados obtidos teoricamente e os valores experimentais. Essa concordncia obtida entre resultados calculados e experimentais, ao longo dos anos convenceu a comunidade cientfica da validade da aplicao da Qumica Quntica na descrio da ligao. Atualmente, embora a realizao de clculos tericos mais completos esteja restrita aos pesquisadores da rea, todas as teorias atuais que explicam a formao dos diferentes tipos de substncias e ligaes qumicas, levam em seu bojo as idias da Qumica Quntica. Por essa razo, a compreenso dos princpios qunticos bsicos, e os conceitos deles derivados descrio probabilstica da matria, densidade eletrnica, orbital atmico, sobre-posio de orbitais, combinao linear de orbitais atmicos, teoria da ligao de valncia, teo-ria do orbital molecular - so essenciais plena compreenso dos conhecimentos sobre ligao qumica na atualidade.

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Pr-Reitora de Ps-graduaoMarilza Vieira Cunha Rudge

Equipe CoordenadoraCludio Jos de Frana e Silva

Rogrio Luiz BuccelliAna Maria da Costa Santos Menin

Coordenadores dos CursosArte: Rejane Galvo Coutinho (IA/Unesp)

Filosofia: Lcio Loureno Prado (FFC/Marlia)Geografia: Raul Borges Guimares (FCT/Presidente Prudente)

Ingls: Mariangela Braga Norte (FFC/Marlia)Qumica: Olga Maria Mascarenhas de Faria Oliveira (IQ Araraquara)

Equipe Tcnica - Sistema de Controle AcadmicoAri Araldo Xavier de Camargo

Valentim Aparecido ParisRosemar Rosa de Carvalho Brena

SecretariaMrcio Antnio Teixeira de Carvalho

NEaD Ncleo de Educao a Distncia(equipe Redefor)

Klaus Schlnzen Junior Coordenador Geral

Tecnologia e InfraestruturaPierre Archag Iskenderian

Coordenador de Grupo

Andr Lus Rodrigues FerreiraMarcos Roberto Greiner

Pedro Cssio BissettiRodolfo Mac Kay Martinez Parente

Produo, veiculao e Gesto de materialElisandra Andr Maranhe

Joo Castro Barbosa de SouzaLia Tiemi Hiratomi

Liliam Lungarezi de OliveiraMarcos Leonel de Souza

Pamela GouveiaRafael Canoletti

Valter Rodrigues da Silva

Marcador 11. Evoluo histrica do conceito de ligao qumica

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