Ligações Químicas. Ligação Iônica ou Eletrovalente

Transcrição

1 Ligações Químicas Teoria do cteto: s átomos se tornam estáveis quando adquirem a estrutura eletrônica do gás nobre mais próximo na tabela periódica. Para tal, os átomos podem ganhar, perder ou compartilhar elétrons. Ligação Iônica ou Eletrovalente Ligação entre metais e ametais, pois, estes apresentam grande diferença de eletronegatividade. metal cede elétron e os ametais recebem elétrons. Ex: Na (1A: 1 elétron na última camada ). Ao ceder 1 elétron, a penúltima camada passa a ser a última, com 8 elétrons, tornando-se um íon positivo (cátion), Na + (11 prótons e 10 elétrons). Cl (7A: 7 elétrons na última camada). Ao receber 1 elétron passa a ter 8 elétrons na última camada, tornando-se um íon negativo (ânion), Cl - (17 prótons e 18 elétrons). Como os íons Na + e Cl - têm cargas elétricas opostas eles se atraem formando a substância neutra NaCl (cloreto de sódio), sendo este um composto iônico pois foi formado por ligação iônica. Previsão das fórmulas de substância iônicas: Metais Ametais Grupo Carga Grupo Carga 1 A 2 A 3 A A 6 A 7 A bs: s átomos dos elementos da família 4 A podem tanto receber elétrons ou ceder elétrons. Ligação Covalente corre entre átomos que apresentam alta eletronegatividade (ametal + ametal). Não há transferência de elétrons, e sim um compartilhamento de pares de elétrons. As substâncias formadas por ligações covalentes são chamadas de moleculares. Ex: Cl (cloro, com sete elétrons no último nível) faz ligação covalente com outro átomo de flúor: Ligação metálica: ocorre entre os metais, isto é, átomos de baixa eletronegatividade. Um sólido metálico seria formado por núcleos dos átomos imersos numa nuvem de elétrons da última camada dos átomos (elétrons mais fracamente atraídos para núcleo). A nuvem eletrônica pertence a todo agregado atômico. Como os metais são formados por átomos de um mesmo tipo, a fórmula de uma substância metálica é o próprio símbolo do elemento metálico. s elétrons semi-livres justifica as propriedades dos metais: bons condutores de eletricidade e calor, portadores de um brilho característico, etc. Polaridade das Ligações As ligações são consideradas apolares quando os átomos que se ligam possuem a mesma eletronegatividade, ou seja não existe diferença de eletronegatividade e são polares quando os átomos apresentam diferentes eletronegatividade. átomo mais eletronegativo atrai mais intensamente o par de elétrons da ligação e adquire carga parcial negativa. átomo menos eletronegativo, por ter os elétrons da ligação afastados de seu núcleo, se torna parcialmente positivo. Geometria Molecular Para determinar a geometria das moléculas, devemos considerar a disposição espacial dos núcleos dos átomos que constituem essas moléculas e que irão originar diferentes formas geométricas. s pares eletrônicos ao redor de um átomo central, participando ou não da ligação, se comportam como nuvens eletrônicas que se repelem, ficando orientadas no espaço com a maior distância angular possível. Molécula com dois átomos: LINEAR: única forma possível. Ex: Cl, Br, 2, N 2. Molécula com três átomos: Ligação covalente dativa: corre quando o par de elétrons compartilhamento é 3proveniente de um único átomo. Essa ligação só ocorre após esgotar todas as possibilidades de ocorrer ligação covalente comum. LINEAR: se o átomo central não possuir par de elétrons livres. Ângulo: 120º. Ex: C 2, N 2. = C = N = Profª Fátima errado

2 ANGULAR: se o átomo central possuir par de elétrons livres. Ex: a) 2 b) 2 Ãngulo: 104º30' Ângulo: 90º Moléculas com quatro átomos: TRIGNAL PLANA: se o átomo central não possuir par de elétrons livres. Ex: a) 3 b) BF 3 PIRAMIDAL: se o átomo central possuir par de elétrons livres. Ex: N 3.. N II Molécula com cinco átomos: TETRAÉDRICA: se o átomo central fizer ligação com 4 átomos. Ex: C 4, C 3 Cl Ângulo: 109º28' = F F C B: As ligações covalentes podem se apolares (quando os átomos têm a mesma eletronegatividade) ou polares (quando os átomos apresentam eletronegatividade diferentes) Ligação sigma (): corre através de superposição de orbitais através de um mesmo eixo. Ligação pi (): corre através de superposição de orbitais através de planos paralelos.. F I B Uma ligação simples é sempre sigma, uma dupla ligação é formada por uma ligação sigma e uma pi e uma tripla ligação por uma sigma e duas pi. Polaridade das Moléculas Molécula apolar: eu momento dipolar é zero. LINEAR: somente as diatômicas formadas por átomos iguais. Ex: 2, Cl 2, N 2. LINEAR, TRIGNAL E TETRAÉDRICA: quando os átomos ligados ao átomo central forem iguais entre si. Ex: Be 2, B 3, C 4, Molécula polar: eu momento dipolar é diferente de zero. Ex.: As demais. Forças Intermoleculares Forças de Van der Waals ou Dipolo Momentâneo ou Dipolo Instantâneo ão forças fracas e ocorrem entre moléculas apolares. corre um dipolo momentâneo entre as moléculas. Ex: 2, C 4, B 3, C 2, BeCl 2. Forças de Dipolo Permanente ou Dipolo-dipolo - corre entre as moléculas polares onde a extremidade negativa de um dipolo atrai a extremidade positiva do outro. Quanto maior a polaridade e o tamanho das moléculas, maior será a força de atração entre elas. Ex: 2, Cl, Br. Pontes de idrogênio - correm quando a molécula possui hidrogênio ligado a um elemento muito eletronegativo: flúor (F), xigênio () ou nitrogênio (N). bs: quanto maior o ponto de ebulição, maior é a força de atração entre as moléculas. Essa força é caracterizada de moléculas polares contendo átomos de hidrogênio ligados a átomos muito eletronegativos da outra. Ex: N 3, 2, F. Propriedades das ubstâncias Ponto de fusão e de ebulição - quanto maior a força elétrica que mantém os átomos, moléculas ou íons unidos, maiores são seus pontos de fusão e de ebulição. As substâncias iônicas são as que têm maiores pontos de fusão e de ebulição, pois as forças de atração entre os íons são fortes. Nas moléculas polares são baixos, e nas apolares são extremamente baixos. olubilidade Para haver uma solução é necessário que: Profª Fátima errado

3 As interações elétricas entre as partículas de soluto-soluto, solvente-solvente e solutosolvente sejam rompidas; B: "emelhante dissolve semelhante": ubstância polar dissolve substância polar. ubstância apolar dissolve substância apolar. Condutividade elétrica A corrente elétrica resulta do movimento ordenado de cargas elétricas (íons ou elétrons). Conduzem a eletricidade: Metais, por possuírem nuvem eletrônica; ubstâncias iônicas, quando fundidas ou em soluções aquosas, pois seus íons estão em movimento; bs: s compostos moleculares não conduzem a eletricidade nem no estado sólido nem no estado líquido, pois suas moléculas não apresentam cargas elétricas livres. Exercícios 1. [EsPCEx-2011] A seguir são apresentadas as configurações eletrônicas, segundo o diagrama de Linus Pauling nos seus estados fundamentais, dos átomos representados, respectivamente, pelos algarismos I, II, III e IV. I. 1s 2 2s 2 2p 6 II. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 III. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 IV. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 Com base nessas informações, a alternativa correta é: [A] ganho de um elétron pelo átomo IV ocorre com absorção de energia. [B] Dentre os átomos apresentados, o átomo I apresenta a menor energia de ionização. [C] átomo III tem maior raio atômico que o átomo II. [D] cátion monovalente oriundo do átomo II é isoeletrônico em relação ao átomo III. [E] A ligação química entre o átomo II e o átomo IV é iônica. Resp.: opção [E] Questão sobre Propriedades Periódicas e Ligação Química. I - tem 8 elétrons no último nível (é um gás nobre) II termina em s 1 (é um metal alcalino) III - termina em s 2 (é um metal alcalino terroso) IV tem 7 elétrons no último nível (é um halogênio) [A] Falsa. átomo IV tem 7 elétrons na última camada, necessitando, apenas de um elétron apenas para chegar à estabilidade (regra do octeto), logo, ele libera energia para se estabilizar. [B] Falsa. A energia de ionização aumenta da esquerda para a direita e de baixo para cima na tabela periódica, portanto, o átomo I (gás nobre) tem maior alta energia de ionização. [C] Falsa; tanto o átomo II, quanto o III, estão no mesmo período (têm 3 níveis de energia), porém, o átomo II é um metal alcalino e o III é um alcalino terroso, logo, o II tem maior raio atômico, pois o raio atômico varia da direita para a esquerda na tabela periódica. [D] Falsa; o átomo II quando passa a ser um cátion monovalente perde um elétron, ficando com a configuração eletrônica do gás nobre anterior à ele (sendo isoeletrônicos), não sendo isoeletrônico do átomo III, que tem 3 elétrons a mais que o cátion monovalente do átomo II. [E] Correta. A ligação iônica ocorre entre um metal (II metal alcalino) e um ametal (IV halogênio). Compostos Iônicos e Moleculares 2. [EsPCEx-2015] Compostos iônicos são aqueles que apresentam ligação iônica. A ligação iônica é a ligação entre íons positivos e negativos, unidos por forças de atração eletrostática. (Texto adaptado de: Usberco, João e alvador, Edgard, Química: química geral, vol 1, pág 225, araiva, 2009) obre as propriedades e características de compostos iônicos são feitas as seguintes afirmativas: I. apresentam brilho metálico. II. apresentam elevadas temperaturas de fusão e ebulição. III. apresentam boa condutibilidade elétrica quando em solução aquosa. IV. são sólidos nas condições ambiente (25 C e 1atm). V. são pouco solúveis em solventes polares como a água Profª Fátima errado

4 Das afirmativas apresentadas estão corretas apenas [A] II, IV e V. [B] II, III e IV. [C] I, III e V. [D] I, IV e V. [E] I, II e III. Resp.: opção [B] 3. [EsPCEx-2011] A tabela abaixo apresenta alguns dos produtos químicos existentes em uma residência. Assinale a alternativa correta. [A] cloreto de sódio é um composto iônico que apresenta alta solubilidade em água e, no estado sólido, apresenta boa condutividade elétrica. [B] A solução aquosa de sacarose é uma substância molecular que conduz muito bem a corrente elétrica devido à formação de ligações de hidrogênio entre as moléculas de sacarose e a água. [C] hidróxido de sódio e o cloreto de sódio são compostos iônicos que, quando dissolvidos em água, sofrem dissociação, em que os íons formados são responsáveis pelo transporte de cargas. [D] oluções aquosas de sacarose e de cloreto de sódio apresentam condutividade elétrica maior que aquela apresentada pela água destilada (pura), pois existe a formação de soluções eletrolíticas, em ambas as soluções. [E] ácido carbônico é um diácido, muito estável, sendo considerado como ácido forte, não conduz corrente elétrica. Resp.: opção [C] [A] Falsa. No estado sólido o cloreto de sódio não tem boa condutividade. [B] Falsa. A solução de sacarose, sendo molecular, não conduz corrente elétrica, pois não possui íons. [C] Correta. Embora se use o termo íons formados, quando já existem e, apenas separam-se em solução. [D] Falsa. A solução de sacarose não é eletrolítica. [E] Falsa. ácido carbônico ( 2C 3) é um ácido instável e fraco. Geometria Molecular 4. [EsPCEx-2015] carvão e os derivados do petróleo são utilizados como combustíveis para gerar energia para maquinários industriais. A queima destes combustíveis libera grande quantidade de gás carbônico como produto. Em relação ao gás carbônico, são feitas as seguintes afirmativas I. é um composto covalente de geometria molecular linear. II. apresenta geometria molecular angular e ligações triplas, por possuir um átomo de oxigênio ligado a um carbono. III. é um composto apolar. Das afirmativas apresentadas está(ão) correta(a [A] apenas II. [B] apenas I e II. [C] apenas I e III. [D] apenas II e III. [E] todas. Resp.: opção [C] C 2 é formado apenas por ametais, logo é um composto molécula (formado somente por ligações covalentes). Carbono pertence ao grupo 4A ou 4, possuindo 4 elétrons no último nível (precisa de 4 ligações). xigênio pertence ao grupo 6A pou 6, com 6 elétrons de último nível (precisa de 2 ligações covalentes ou de 2 elétrons). Como todos os elétrons do último nível do átomo central (C) foram utilizados nas ligações, as ligações duplas formadas com oxigênio tendem a se afastar (repulsão de elétrons), ficando 180º uma da outra. Assim, a molécula fica na forma LINEAR. É uma molécula APLAR, pois, além de ter simetria, possui ligantes iguais, com mesma força de dipolo, tendo resultante igual a zero Profª Fátima errado

5 5. [EsPCEx-2014] As substâncias ozônio ( 3); dióxido de carbono (C 2); dióxido de enxofre ( 2); água ( 2) e cianeto de hidrogênio (CN) são exemplos que representam moléculas triatômicas. Dentre elas, as que apresentam geometria molecular linear são, apenas, Dados: 1; 6C; 8; 16; 7N [A] cianeto de hidrogênio e dióxido de carbono. [B] água e cianeto de hidrogênio. [C] ozônio e água. [D] dióxido de enxofre e dióxido de carbono. [E] ozônio e dióxido de enxofre. Resp.: opção [A] angular linear angular C C N linear angular 6. [EsPCEx-2011] ão dadas as Tabelas abaixo. A Tabela I apresenta a correspondência entre as substâncias representadas pelas letras x, m, r e z e suas respectivas temperaturas de ebulição. A Tabela II mostra os elementos químicos (, F, Cl, Br e I) e suas respectivas massas atômicas. Com base nas Tabelas acima, são feitas as seguintes afirmações: I. As substâncias correspondentes a x, m, r e z são, respectivamente, F, I, Br e Cl. II. As moléculas de Cl, Br e I são unidas por forças do tipo pontes ou ligações de hidrogênio. III. Das substâncias em questão, o I apresenta a maior temperatura de ebulição, tendo em vista possuir a maior massa molar. Das afirmações feitas, está(ão) correta(s) apenas: [A] I. [B] II. [C] III. [D] I e III. [E] II e III. Resp.: opção [A] I. Verdadeira. F tem maior temperatura de ebulição, pois possui ligações de hidrogênio. s demais seguem a ordem pela massa do halogênio. II. Falsa. omente o F possui pontes de hidrogênio. III. Falsa. Como já vimos no item I, quem possui maior temperatura de ebulição é o F. Exercícios diversos 1) (UnB) carbono, nome dado por Lavoisier em 1789, é de fundamental importância na constituição dos compostos orgânicos. Existem pelo menos 7 (sete) formas alotrópicas: grafite (alfa e beta), diamante, lonsdaleíta (diamante hexagonal), caoíta, carbono (VI) e os fulerenos. Consultando a tabela periódica, julgue os itens, com relação ao carbono. (1) carbono no comporto metano (C 4 ), com 4 (quatro) elétrons na camada de valência, possui estrutura trigonal plana. (2) clorofórmio, CCl 3, substância polar, é totalmente solúvel em benzeno, C 6 6, substância apolar. (3) carbono, elemento presente em todos os seres vivos, origina um ramo importante da química, a Química orgânica. (4) carbono 12 ( 12 C) possui 12 (doze) prótons no seu núcleo. (5) carbono combina-se com elementos da família 7A, formando compostos de fórmula CX 4 (onde X representa halogênio). EECEC 2) (Unesp-P) Dois elementos, X e Y estão bem separados na fila de reatividade química. e X Profª Fátima errado

6 tem 1 elétrons na última camada e Y tem 6 elétrons, o composto formado será: a) molecular e de fórmula XY 2 ; b) molecular e de fórmula X 2 Y; c) iônico e de fórmula X 2 Y; d) iônico e de fórmula XY 2 ; e) iônico e de fórmula X 6 Y. (c) 3) (UM-P) A fórmula do composto formado por átomos de um elemento químico X, de número atômico 12, e átomos de um elemento químico Y, de número atômico 17, será: a) XY 2 ; d) X 2 Y 3 ; b) XY; e) X 3 Y 2. c) X 2 Y; (a) 4) (EC-P) Num composto, sendo X o cátion, Y o ânion e X 2 Y 3, a fórmula, os átomos X e Y, no estado normal, os prováveis números de elétrons na última camada são, respectivamente: a) 2 e 3; d) 3 e 6; c) 2 e 5; b) 3 e 2; e) 5 e 6. (d) 5) (ITA-P) Esta questão refere-se à classificação periódica dos elementos, esquematizados a seguir. s símbolos dos elementos foram substituídos por letras arbitrariamente escolhidas. A letra T representa o símbolo de um gás nobre. 1 8 V D W M G J L R X Y U Q Z T Baseado na posição dos elementos mencionados na tabela periódica anterior, a fórmula falsa é: a) X 2 L; d) QW 3 ; b) YW 2 ; e) GR 4. c) M 2 J 3 ; (c) 6) (Fuvest-P) Escolha, entre as fórmulas dadas a seguir, aquela que representa a substância de maior caráter iônico: a) F; c) ICl; b) CsCl d) Na 2. (b) 7) (UFCE) elecione as alternativas onde não há exata correspondência entre a molécula e sua forma geométrica: a) N 2 - Linear. d) CCl 4 - tetraédrica b) C 2 - Linear. e) BF 3 - pirâmide trigonal c) 2 - Angular; (e) 8) (PUC-P) Considere uma substância X: I. Em condições ambientais é sólida; II. Dissolve-se em água; III. Possui alto ponto de fusão; IV. No estado sólido não conduz eletricidade; V. Conduz eletricidade em solução aquosa ou quando fundida. mais provável é que X seja: a) um composto iônico que se dissocia em água; b) um composto molecular polar que se ioniza em água; c) um metal que reage com a água; d) uma substância apolar que se dissocia em água; e) um composto molecular polar que se dissocia em água. (a) 9) (UF- P) Um átomo X da família IIA e outro átomo Y da família VIIA formarão um composto: a) iônico de fórmula X 2 Y. b) molecular de fórmula XY 2. c) Iônico de fórmula XY 2. d) molecular de fórmula X 2 Y. (c) 10) s compostos iônicos apresentam as seguintes propriedades: 01. elevado ponto de ebulição. 02. Geralmente são sólidos. 03. ão geralmente solúveis em água; apresentam estrutura cristalina e altos pontos de fusão. 04. Boa condutividade elétrica; solubilidade em água; são geralmente líquidos. 05. ão todos solúveis em solventes polares. 06. Apresentam brilho metálico. 07. ão geralmente solúveis em solventes apolares. (1, 2, 3 e 5) 11) (donto. Diamantina-MG) Considere as fórmulas e ângulos de ligações dados a seguir: Fórmula 2 N 3 C 4 Be 2 Ângulo 105º 107º 109º28' 180º As formas geométricas dessa moléculas são, respectivamente: a) tetraédrica, tetraédrica, tetraédrica, angular. b) Angular, piramidal, tetraédrica, angular. c) Angular, piramidal, tetraédrica, linear. d) Angular, angular, piramidal, trigonal. e) Trigonal, trigonal, piramidal, angular. (c) 12) A respeito de polaridade em moléculas e suas formas geométricas, julgue os itens. (1) Tanto o enxofre (Z=16) quanto o berílio (Z=4) formam compostos lineares. (2) carbono (Z=6), por realizar 4 ligações, pode aparecer em compostos diferentes com formas geométricas diferentes, dependendo do tipo de ligação realizada pelo mesmo. (3) Embora a ligação entre o nitrogênio e o hidrogênio seja polar, o composto N 3 é apolar. (4) carbono pode formar compostos apolares, o CCl 4 e o C 2, embora tenham geometria diferentes também Profª Fátima errado

7 13) Julgue os itens. ECEE (1) A água seria gás, à temperatura ambiente, se suas moléculas fossem lineares ( ). (2) A molécula de CF 4 é apolar, embora as ligações C F sejam polares. (3) A união entre os átomos de um metal se dá por meio do compartilhamento de pares de elétrons. (4) As espécies N 4 + e N 3 têm a mesma geometria. (5) C 4 é menos solúvel em CCl 4 do que em CCl 3. (6) No estado líquido, há fortes interações entre as moléculas de ácido acético (C 3 C). CCEEEC 14) A geometria de uma molécula interfere em uma série de propriedades e características dos materiais. A esse respeito, julgue os itens. (1) Dependendo da geometria de uma molécula, ela pode ser muito solúvel ou não, em um dado solvente. (2) A geometria de uma molécula pode determinar se um material, por ela constituída, pode ser utilizado em altas temperaturas sem sofrer transformações de estado físico. (3) A água possui uma geometria angular, porém, se os seus átomos estivessem distribuídos de forma linear, a água não poderia ser utilizada nos radiadores dos automóveis. (4) A amônia é um eletrólito forte (bom condutor de corrente elétrica). Isso não ocorreria se a sua geometria molecular fosse trigonal plana. CCCC Questões de limpíadas de Química 1. Quais geometrias são possíveis para uma molécula do tipo AB n cujo átomo central apresenta hibridação do tipo sp 3? a) Tetraédrica, piramidal ou em forma de v (angular) b) Tetraédrica, piramidal ou triangular plana c) Tetraédrica ou triangular plana d) Tetraédrica ou piramidal e) omente tetraédrica Resp: (e) A hibridação sp 3, o átomo central tem 4 ligantes, então, sua estrutura será tetraédrica somente. 2. A geometria molecular de uma espécie química pode ser prevista a partir do modelo da repulsão dos pares eletrônicos da camada de valência. a) Associe cada espécie química à respectiva geometria. I. 2 ( ) linear II. C 2 ( ) angular III. 3 ( ) tetraédrica IV. N 3 ( ) trigonal planar V. C 4 ( ) quadrado planar VI. XeF 4 ( ) pirâmide trigonal VII. IF 5 ( ) bipirâmide trigonal VIII. PCl 5 ( ) pirâmide de base quadrada b) Distribua as espécies químicas acima em dois grupos Grupo A moléculas apolares Grupo B moléculas polares Resp: a) I. angular b) II. linear c) III. trigonal ou trigonal plana d) IV. piramidal ou pirâmide trigonal e) V. tetraédrica f) VI. quadrado planar g) VII. pirâmide de base quadrada h) VIII. bipirâmide trigonal = C = 3. (BQ-2008) Através de técnicas criogênicas podem ser alcançadas temperaturas muito baixas, tornando possível condensar o hidrogênio gasoso (em torno de -253 o C), obtendo assim hidrogênio líquido. Desta forma, uma maior quantidade de hidrogênio pode ser armazenada e transportada. Quando o hidrogênio retorna do estado líquido para o estado gasoso ocorre o rompimento de: a) Interações de Van der Waals b) Ligações covalentes c) Ligações de hidrogênio d) Pontes de hidrogênio e) As opções (c) e (d) estão corretas. C N (e) 4. As geometrias das moléculas BCl 3 e PCl 5 são, respectivamente: a) piramidal e pentaédrica b) triangular plana e pentaédrica c) piramidal e bipirâmide de base triangular d) piramidal e bipirâmide de base quadrada e) triangular plana e bipirâmide de base triangular (e) Profª Fátima errado