Ligação iônica Ligação covalente Ligação metálica

Transcrição

1 Tipos de Ligação Química Ligação iônica Ligação covalente Ligação metálica Iônicas Covalentes Metálicas Ligações químicas 1

2 Representações de Lewis Numa ligação química só intervêm os eletrons de valência, ou seja, os eletrons da camada mais externa do átomo. Para os representar utilizamos as representações de Lewis ou notação de Lewis. Consistem no símbolo do elemento (que representa o núcleo mais as camadas internas, ou cerne do átomo) e um ponto (dot) por cada eletron de valência. Exemplos: metais alcalinos: Li ; Na oxigénio: O carbono: C halogéneos: F 2

3 Ligações Iônicas Estruturas de Lewis de compostos iônicos Ligações Iônicas Interações eletrostáticas 3

4 DEFINIÇÕES Retículo Cristalino: conjunto de íons positivos e negativos, extremamente organizado, que apresenta um arranjo definido ao redor de cada íon, bem como uma distância constante que separa quaisquer íons vizinhos. 4

5 Cela Unitária: conjunto mínimo de íons que deve corresponder à menor subdivisão possível do cristal, que ainda mantém as características tais como número de vizinhos e distância entre os mesmos. 5

6 6

7 Equação de Born-Landé: U = ANZ + Z - e 2 (1-1) r n onde: A é a constante de Madelung ( somatório de todas as interações geométricas presentes no retículo), N é o número de Avogadro de pares de íons por mol de retículo cristalino, Z + é a carga do íon positivo, Z - é a carga do íon negativo, e é a carga do elétron, r é a soma dos raios de cada um dos íons envolvidos no retículo n é uma variável conhecida como expoente de Born (representa a resistência que os íons oferecem quando são forçados a se aproximar mais intimamente uns dos outros e, desta forma, devem ser obtidos a partir de dados de compressibilidade) 7

8 Ciclo de Born-Haber Ciclos de Born-Haber e aplicação da Lei de Hess H atm Na + H atm Cl + H 1a IE + H 1a EA + H rede = H formação Rearranjando-se para encontrarmos a energia de rede: H rede = H formação - ( H atm Na + H atm Cl + H 1a IE + H 1a EA ) Os ciclos de Born-Haber são usados para calcular para determinar valores das energias associadas às formações dos compostos iônicos. 8

9 Ciclos de Born-Haber e aplicação da Lei de Hess enthalpy H H atomisation Na + (g) + e - + Cl (g) H first ionisation energy H first electron affinity Na (g) + Cl (g) Na (g) + ½ Cl 2 (g) Na + (g) + Cl - (g) Apply Hess s Law: H atomisation Na (s) + ½ Cl 2 (g) H formation NaCl (s) H lattice association H atm Na + H atm Cl + H 1st IE + H 1st EA + H lattice = H formation Born-Haber Cycles There are two routes from : applying Hess s Law elements to ionic compound enthalpy H H atomisation Na + (g) + e - + Cl (g) H first ionisation energy H first electron affinity Na (g) + Cl (g) Na (g) + ½ Cl 2 (g) Na + (g) + Cl - (g) Apply Hess s Law: H atomisation Na (s) + ½ Cl 2 (g) H formation NaCl (s) H lattice association H atm Na + H atm Cl + H 1st IE + H 1st EA + H lattice = H formation 9

10 U rede /kj.mol -1 T fusão / C LiCl LiF MgO Previsão de formação de compostos iônicos pelo ciclo de Born-Haber 10

11 Previsão de formação de compostos iônicos pelo ciclo de Born-Haber Previsão de formação de compostos iônicos pelo ciclo de Born-Haber 11

12 U rede /kj.mol -1 T fusão / C LiCl LiF MgO Propriedades dos Compostos tipicamente Iônicos 1) Os compostos iônicos são muito duros devido à resistência que os íons oferecem ao se tentar movê-los de sua posição de equilíbrio. Porém, eles são quebradiços, pois quando se desloca uma camada em relação à adjacente, os íons de mesma carga repelem-se fortemente, rompendo o cristal. 12

13 Propriedades dos Compostos tipicamente Iônicos 1) Os compostos iônicos são muito duros devido à resistência que os íons oferecem ao se tentar movê-los de sua posição de equilíbrio. Porém, eles são quebradiços, pois quando se desloca uma camada em relação à adjacente, os íons de mesma carga repelem-se fortemente, rompendo o cristal. Propriedades dos Compostos tipicamente Iônicos 2) Os compostos iônicos são, em geral, maus condutores de eletricidade no estado sólido, pois os íons estão restritos às suas posições de equilíbrio na rede cristalina e não podem deslocarse. Por outro lado, os compostos iônicos fundidos ou em solução podem conduzir eletricidade. 3) As fortes interações multidirecionais, aliadas à estrutura rígida do retículo cristalino, fazem com que os compostos iônicos necessitem de uma grande quantidade de calor para desorganizar todo este arranjo. Assim sendo, os pontos de fusão e ebulição dos compostos iônicos são elevados. 13

14 Propriedades dos Compostos tipicamente Iônicos 4) Os compostos iônicos são solúveis em solventes polares que apresentam alta permissividade ou constante dielétrica. No processo de dissolução de uma espécie em determinado solvente, estamos separando os íons uns dos outros e assim temos que interpretar este fenômeno a partir da energia de atração entre estas espécies: ε o é a resistência que o meio oferece à união dos dois íons. Assim, quanto maior for a constante dielétrica do meio mais dificilmente os íons tenderão a ficar unidos, menor será a atração entre os mesmos e maior será a interação com o solvente. E = + Z Z e 4πε o r 2 DEFEITOS EM SÓLIDOS IÔNICOS Ao estudar os materiais cristalinos, tem-se admitido que existe uma perfeita ordem em escala atômica Contudo esse tipo de sólido idealizado não existe, todos os materiais contém grandes números de uma variedade de defeitos e imperfeições As propriedades de alguns materiais são profundamente influenciadas pela presença de imperfeição no sólido cristalino Por defeito cristalino é designada uma irregularidade na rede cristalina O tipo e o número de defeitos dependem do material, do meio ambiente, e das circunstâncias sob as quais o cristal é processado Mesmo sendo poucos eles influenciam muito nas propriedades dos materiais e nem sempre de forma negativa 14

15 Classificação dos defeitos DEFEITOS PONTUAIS Lacunas ou vacâncias ou vazios Átomos Intersticiais Schottky Frenkel Impurezas Ocorrem em sólidos iônicos, ou seja materiais cerâmicos 15

16 DEFEITOS PONTUAIS FRENKEL Envolve um par composto por uma lacuna de cátion e um cátion intersticial Pode ser considerado como sendo formado por um cátion que deixa sua posição normal e se move para o interior de um sítio intersticial Não existe alteração da carga, pois o cátion mantem a mesma carga positiva como um átomo intersticial (Defeito estequiométrico). DEFEITOS PONTUAIS SCHOTTKY Consiste em um par que é composto por uma lacuna de cátion e uma lacuna de ânion Pode ser considerado como sendo formado pela remoção de um cátion e um ânion do interior do cristal, seguido pela colocação de ambos os íons em uma superfície externa Uma vez que tanto os cátions como os ânions possuem a mesma carga, e que para cada lacuna de ânion existe uma lacuna de cátion, a neutralidade do cristal é mantida (Defeito estequiométrico). 16

17 VACÂNCIAS OU VAZIOS Envolve a falta de um átomo São formados durante a solidificação do cristal ou como resultado das vibrações atômicas (os átomos deslocam-se de suas posições normais). O número de vacâncias aumenta com o aumento da temperatura. INTERSTICIAIS Átomo intersticial pequeno Átomo intersticial grande Gera maior distorção na rede 17

18 Defeitos não-estequiométricos 18