unidade 3 - ligações químicas

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Qumica Geral

Prof. Dr. Mrcio Marques Martins

Unidade 3 Ligaes Qumicas

http://digichem.org

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Ligao qumica

Uma ligao qumica uma unio entre tomos.

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Ligao qumica

Uma ligao qumica forma-se entre dois tomos se o arranjo resultante de seus

dois ncleos e de seus eltrons tem

energia mais baixa que a energia total dos

tomos separados.

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Ligao qumica

Se a energia mais baixa atingida pela transferncia completa de um ou mais

eltrons de um tomo para outro,

formam-se ons, e o composto mantido

pela atrao entre esses ons (atrao

eletrosttica). Esta atrao tpica de uma

ligao inica.

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Ligao qumica

Se o abaixamento de energia pode ser atingido pelo compartilhamento de

eltrons, ento, os tomos unem-se

atravs de uma ligao covalente.

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Ligao qumica

Dos 110 elementos qumicos conhecidos, apenas 6, os gases nobres, so

encontrados na forma de tomos isolados.

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Ligao qumica

Comparando as propriedades dos gases nobres com os outros

elementos, observa-se que eles

so elementos muito estveis e,

em geral, apresentam elevados

potenciais de ionizao e baixa

reatividade qumica.

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Ligao qumica

Relacionando a estabilidade dos gases nobres e o fato de no

realizarem, espontaneamente,

ligaes com outros elementos,

possvel concluir que sua estabilidade

consequncia da configurao

eletrnica.

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Ligao qumica

Os outros elementos estabelecem ligaes para adquirir uma configurao eletrnica

parecida dos gases nobres e, assim,

adquirirem a estabilidade.

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Denomina-se ligao inica aquela que ocorre pela atrao eltrica entre ons positivos (ctions) e negativos (nions). Esses ons so formados, de modo geral, pelos metais e no-metais.

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O tomo de sdio (Na) tem Z = 11 e configurao eletrnica

O tomo de cloro (Cl) tem Z = 17 e configurao eletrnica

Nenhum dos dois elementos possui 8 eltrons na ltima camada, sendo portanto instveis quimicamente.

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O tomo de sdio possui um eltron na ltima camada ou camada de valncia. Se perder esse eltron, sua camada de valncia passa a ser a anterior,que j est completa (2s22p6). Ao perder 1 eltron, o sdio transforma-se em ction Na+, que possui a mesma configurao do gs nobre Nenio. O tomo de cloro possui cinco eltrons na ltima camada ou camada de valncia. Se ganhar mais 1 eltron, sua camada de valncia fica completa (3s23p6). Ao ganhar 1 eltron, o cloro transforma-se em nion Cl, que possui a mesma configurao do gs nobre Argnio.

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Na prtica, a reao qumica no envolve apenas dois tomos, mas sim um grande nmero deles de modo que no final teremos um aglomerado de ons, formando os chamados retculos cristalinos, conforme apresenta a figura (centro e direita).

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1. O reticulado mostrado, na Figura, no pode ser visto, pois muito pequeno. Sua forma foi elaborada por meio de estudos com Difrao de Raio X. Contudo, possvel observar-se, atravs de uma lupa, os cristais cbicos do cloreto de sdio. Esta forma cbica dos cristais funo da cristalizao interna ser cbica. 2. importante lembrar que, na formao do on, o tomo ir ganhar ou perder eltrons em sua ltima camada eletrnica (camada mais externa) e no no subnvel mais energtico. Exemplo: Formao do on Fe2+ a partir do metal Fe0

Fe0

1s22s22p63s23p64s23d6

4s2 ltima camada 3d6 subnvel mais energtico Ou K = 2; L = 8; M = 14 e N = 2 ltima camada Fe2+: 1s22s22p63s23p64s03d6

K = 2; L = 8; M = 14 e N = 0

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Observe que os elementos Li, Be, Na, Mg, Al formam ctions. E ao formar ctions (perder um ou mais eltrons), adquirem configurao eletrnica na camada de valncia (a mais externa) equivalente a de um gs nobre. Isso fica mais claro ao analisarmos a prxima figura.

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Todos os elementos do grupo 1 possuem configurao ns1 e baixo potencial de ionizao, perdem 1 eltron e formam ctions com carga +1. Ao fazer isso, adquirem configurao eletrnica na camada de valncia equivalente do gs nobre do perodo anterior. Elementos do grupo 2 possuem configurao ns2 e baixos potenciais de ionizao, perdem 2 eltrons e formam ctions com carga +2. Ao fazer isso, adquirem configurao do gs nobre do perodo anterior. Consideraes similares podem ser feitas para os elementos marcados em azul na figura.

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Os elementos mais direita da Tabela Peridica tendem a ganhar eltrons, devido a dois fatores: Raios atmicos menores (prtons mais visveis aos e-) Elevadas energias de afinidade eletrnica (facilidade em receber e-)

Assim sendo, os elementos marcados com a cor bege tendem a formar nions e, assim, adquirir a configurao eletrnica na camada de valncia equivalente ao gs nobre do mesmo perodo. C + 4 e- ganha configurao do Ne N + 3 e- ganha configurao do Ne O + 2 e- ganha configurao do Ne F + 1 e- ganha configurao do Ne

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Afinidades eletrnicas dos elementos, (valores positivos indicam baixa tendncia a ganhar eltrons, valores negativos indicam elevada tendncia a ganhar eltrons e, portanto, a formar nions.)

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Eletronegatividade dos elementos, (quanto maior o valor exibido na tabela, mais elevada a eletronegatividade do elemento. Ou seja, maior a facilidade em atrair eltrons de uma ligao qumica para si formar nions ou tomos com maior densidade de eltrons.)

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C + 4 e- ganha configurao do Ne C4-

N + 3 e- ganha configurao do Ne N3-

O + 2 e- ganha configurao do Ne O2-

F + 1 e- ganha configurao do Ne F-

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Em resumo, as ligaes inicas formar-se-o quando elementos que formam ctions (baixos potenciais de ionizao e baixas eletronegatividades) encontram elementos que formam nions (elevadas afinidades eletrnicas e eletronegatividades).

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Ctions (ons com carga positiva) e nions (ons com cargas negativas) exercem atrao eletrosttica mtua e formam ligaes do tipo inica. A formao de uma rede cristalina libera energia de formao do retculo cristalino, que estabiliza o cristal inico e mantm os ons coesos em uma estrutura extremamente regular.

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Gilbert Lewis foi o primeiro a desvendar o segredo das ligaes qumicas, explicou as ligaes inicas e as at ento enigmticas ligaes covalentes (das quais falaremos a seguir). Observando as configuraes eletrnicas da camada de valncia dos tomos, ele criou uma simbologia para representar os eltrons que fazem ligao qumica em cada um.

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Assim sendo, os pontos duplos representam pares de eltrons geralmente no-ligantes e os pontos simples representam eltrons ligantes. De forma geral, elementos do grupo 1 fazem 1 ligao, do grupo 2 formam 2 ligaes, crescendo at o nmero mximo de 4 ligaes no grupo 14. Nos grupos 15, 16 e 17,os nmeros de ligaes so, respectivamente, 3, 2 e 1.

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Os elementos no metlicos podem formar nions, porm no formam ctions. Ento, como ligam-se entre si? Eles compartilham eltrons. A ligao covalente comum baseia-se num compartilhamento de um ou mais pares de eltrons, entre dois tomos, para que ambos adquiram a estabilidade, sendo que o par de eltrons compartilhado formado por 1 eltron desemparelhado de cada tomo envolvido. importante observar, que o compartilhamento de eltrons feito sempre aos pares, porque em um orbital cabem, no mximo, dois eltrons.

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Cada tomo de hidrognio possui um eltron no subnvel 1s. Ao compartilhar esse eltron com outro tomo de hidrognio, como se cada um dos dois tomos adquirisse configurao eletrnica do gs nobre Hlio. O mesmo vale para o hidrognio realizando ligao covalente com um elemento do grupo 17 (halognio). Veja o exemplo:

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O tomo de flor necessita de apenas um eltron para completar sua camada de valncia, e o faz combinando-se com outro tomo de flor. No processo, ambos adquirem a configurao eletrnica na camada de valncia equivalente ao gs nobre Nenio. O mesmo vale para compostos interhalognicos (dois elementos do grupo 17 diferentes se combinando entre si.

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A exemplo das molculas diatmicas anteriormente descritas, a tendncia em molculas poliatmicas (com mais de dois tomos) que os diversos tomos se combinem e compartilhem eltrons entre si at completar as camadas de valncia e atingir a configurao de um gs nobre. NO ENTANTO, AO CONTRRIO DO QUE SE COSTUMA ENSINAR, NO H OBRIGAO QUE OS TOMOS ADQUIRAM OITO (8) ELTRONS NA LTIMA CAMADA. A REGRA DO OCTETO APENAS UM RECURSO DIDTICO PARA EXPLICAR AS LIGAES COVALENTES. Na molcula de metano (CH4) , cada tomo de H (1s

1) se liga covalentemente ao tomo de C (2s22p2). Dessa forma, aps a formao da ligao, cada tomo de H fica com configurao equivalente ao gs Hlio (1s2) e o C com configurao equivalente ao gs nobre Nenio (2s22p6).

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Pode-se representar a formao de molculas atravs de frmulas distintas: a eletrnica, a estrutural e a molecular. Frmula Eletrnica ou de Lewis

Todos os eltrons da ltima camada so representados ao redor de cada um dos tomos envolvidos na ligao, colocando lado a lado os eltrons que sero compartilhados. Exemplos:

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Frmula Estrutural

Esta frmula evidencia a estrutura da ligao.

O trao representa cada par de eltrons que est sendo compartilhado. Exemplos:

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Frmula Molecular

A frmula molecular mostra apenas o tipo e a quantidade de tomos que forma uma molcula. De forma geral, montada conforme os seguintes passos:

1. escrevemos os smbolos dos tomos em ordem crescente de eletronegatividade (o menos eletronegativo primeiro);

2. cada smbolo seguido de um ndice sua direita, indicando o nmero de tomos de cada elemento na molcula; 3. o ndice 1 no precisa ser escrito. Exemplos:

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Polaridade das ligaes covalentes

Em uma ligao covalente pode ou no ocorrer a formao de um dipolo,

dependendo da diferena de

eletronegatividade dos tomos que fazem

a ligao.

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ligaes covalentes apolares

Nessa ligao, os tomos possuem a mesma eletronegatividade, e o compartilhamento de

eltrons de tal forma que a densidade

eletrnica de um tomo exatamente igual do

outro.

Este tipo de ligao denominada de covalente ideal e ocorre entre ametais e ametais.

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ligaes covalentes polares

Nessa ligao, pode ser observada a diferena de eletronegatividade entre os tomos que

compartilham o par de eltrons. O

compartilhamento de tal forma que o

elemento mais eletronegativo tem a maior

densidade eletrnica e o menos eletronegativo a

menor.

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No exemplo do cido clordrico HCl, o cloro mais eletronegativo do que o hidrognio e atrai

para mais perto de si o par de eltrons da

ligao, adquirindo um carter negativo,

representado por .

O hidrognio fica mais afastado, adquirindo um carter positivo, +

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O dipolo representado pela letra grega m, que

um vetor chamado vetor momento de dipolo ou

momento dipolar.

O vetor momento dipolar sempre aponta para o elemento mais eletronegativo, como por exemplo:

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Ligao Metlica

Segundo a teoria do mar de eltrons; um metal seria um aglomerado de ctions, mergulhados

em uma nuvem de eltrons livres (em linguagem mais tcnica: os eltrons esto

deslocalizados).

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Ligao Metlica Os tomos dos metais (e alguns metaloides)

agrupam-se de forma geometricamente

ordenada e originam clulas ou retculos

cristalinos. Os retculos unitrios mais comuns

dentre os metais so apresentados na Figura.

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Ligao Metlica Um conjunto muito grande de retculos cristalinos,

formados de estruturas geomtricas organizadas cristais, formam a estrutura dos materiais metlicos. Ao

microscpio, possvel observar-se algo semelhante

Figura, onde uma grande quantidade de cristais aparece

disposta de forma desordenada e delineada pelos

chamados contorno de gros.

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Ligao Metlica Teoria das Bandas Eletrnicas Utilizando o sdio metlico como exemplo:

Na tem Z = 11 e configurao eletrnica 1s22s22p63s1

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Ligao Metlica Teoria das Bandas Eletrnicas Segundo os Postulados de Bohr, os eltrons ocupam

nveis permitidos de energia; contudo, entre cada nvel

de energia h uma regio proibida, que pode ser

ultrapassada quando o eltron ganha energia (um

quantum de energia).

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Ligao Metlica Teoria das Bandas Eletrnicas No retculo cristalino, os tomos dos metais encontram-

se muito prximos e, em funo dessa proximidade, os

nveis eletrnicos mais externos tambm se aproximam e

formam uma banda de energia.

Considerando que nos metais, os eltrons de valncia tm baixa energia (ou baixo potencial de ionizao), fica

fcil para estes ultrapassarem a banda de valncia e

atingirem a banda de conduo. o que explica a alta

condutividade dos metais.

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Ligao Metlica Teoria das Bandas Eletrnicas Os ametais, pelo contrrio, so, normalmente, maus

condutores (isolantes) de eletricidade. O enxofre, por

exemplo, que tem Z = 16 e configurao eletrnica de

1s22s22p63s23p4 , tem orbital 3s2 lotado e o 3p4 quase

lotado. O prximo orbital livre s ser o 4s2, muito

distante para permitir que o eltron ultrapasse

facilmente sendo assim, consequentemente, o enxofre

no conduz eletricidade.

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Ligao Metlica Teoria das Bandas Eletrnicas Os metaloides, especialmente o silcio (Si) e o germnio

(Ge), tm uma distribuio eletrnica intermediria entre

os metais e no metais e, portanto, apresentam suas

bandas de valncia e conduo muito prximas,

conforme mostra a Figura.

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Ligao Metlica Teoria das Bandas Eletrnicas Em temperaturas baixas (< 0C), esses elementos so

isolantes e, temperatura ambiente, esses elementos so

pobres condutores de energia, sendo, por isso,

chamados semicondutores intrnsecos. O aumento da

temperatura faz aumentar a condutibilidade dos

semicondutores, ao contrrio dos metais.

unidade 3 - ligações químicas

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