Ligações Químicas Parte 1

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1 Disciplina: Química Prof.: Guilherme Turma: TR 29/ 04/2016 Tema da aula/lista de exercício: Aulas 10 e 11 Ligações Químicas Ligações Químicas Parte 1 - Na aula anterior (Propriedades Periódicas e Aperiódicas), vimos que os Gases Nobres, que são todos os elementos químicos que pertencem à Família 8A, são inertes. Isso significa que eles são estáveis, ou seja, não reagem com outros elementos químicos para formar substâncias compostas. Assim, pode-se dizer que os Gases Nobres existem na forma de gases monoatômicos. - Os Gases Nobres apresentam oito elétrons na camada de valência. A única exceção é o hélio (He), que apresenta dois elétrons na camada K. Gases Nobres Distribuição eletrônica da camada de valência 2He 1s 2 10Ne 2s 2 2p 6 18Ar 3s 2 3p 6 36Kr 4s 2 4p 6 54Xe 5s 2 5p 6 86Rn 6s 2 6p 6 - Com base nessa observação, em 1916, os cientistas Lewis e Kossel propuseram uma teoria, chamada de Teoria ou Regra do Octeto. Teoria do Octeto: um grande número de átomos adquire estabilidade eletrônica quando possuem oito elétrons na camada de valência, que é a camada mais externa. - Embora haja várias exceções para essa teoria, a regra do octeto é bastante útil no entendimento das ligações químicas que dão origem a maioria das substâncias compostas encontradas na natureza. Ligação Iônica - A ligação iônica ocorre entre íons positivos (os cátions) e negativos (os ânions), e é caracterizada pela existência de forças de atração eletrostática entre os íons. - A ligação iônica ocorre, então, entre elementos que possuem tendências opostas, ou seja, é necessário que um dos átomos participantes da ligação possua tendência de perder elétrons (possua baixa eletronegatividade) enquanto o outro, a de receber elétrons (alta eletronegatividade). - A ligação iônica envolve, geralmente, um metal (que tem tendência de perder elétrons) e um não-metal (que tem tendência em receber elétrons). A ligação iônica envolve, geralmente, um metal e um não-metal. - O exemplo mais representativo de uma ligação iônica é a formação do cloreto de sódio (NaCl), o principal componente do sal de cozinha. - O átomo de sódio (Na) não é estável pela Teoria do Octeto, pois apresenta um elétron na camada de valência. Sua estabilidade eletrônica será atingida pela perda de um elétron, originando o cátion Na +.

2 - 1 e Na 1s 2 ) 2s 2 2p 6 ) 3s 1 Na + 1s 2 ) 2s 2 2p 6 P = 11 K L M P = 11 K L e - = 11 e - = 10 - O átomo de cloro (Cl) também não é estável pela Teoria do Octeto, pois apresenta sete elétrons na sua camada de valência. Sua estabilidade eletrônica será atingida pelo ganho de um elétron, originando o ânion Cl e Cl 1s 2 ) 2s 2 2p 6 ) 3s 2 3p 5 Cl 1s 2 ) 2s 2 2p 6 ) 3s 2 3p 6 P = 17 K L M P = 17 K L M e - = 17 e - = 18 - Após a formação dos íons Na + e Cl -, eles se atraem, já que possuem cargas opostas, e formam então o composto NaCl, que é uma substância composta, de acordo com a reação: Na + + Cl - NaCl (s) - Na formação do NaCl, ambos os íons, Na + e Cl -, ficam com 8 elétrons na camada de valência, devido a transferência de elétrons, o que garante que o composto formado seja estável eletronicamente. Na Cl Na + Cl - - Os compostos formados por ligação iônica são denominados de compostos iônicos, e são eletricamente neutros. A interação entre os íons produz aglomerados com forma geométrica definida, denominados de retículos cristalinos, característicos dos sólidos. - Os compostos iônicos apresentam algumas características: + São sólidos nas condições ambiente (T = 25º C e P = 1 atm). + Apresentam elevadas temperaturas de fusão e ebulição: NaCl (s) NaCl (l) NaCl (g) PF = 800º C PE = 1413º C

3 + São duros e quebradiços. + São facilmente dissolvidos pela água. + Quando no estado líquido (fundidos) ou dissolvidos em água, apresentam alta condutividade elétrica. Determinação das fórmulas dos compostos iônicos - A fórmula correta de um composto iônico é aquela que mostra a mínima proporção entre os átomos que se ligam, de modo que se forme um sistema eletricamente neutro. - Há uma maneira prática de determinar a quantidade necessária de cada íon para escrever a fórmula correta: Cátion Ânion X+ y A y B x Exemplo: Qual a fórmula do composto iônico formado por potássio (K) e oxigênio (O)? 19K 1s 2 ) 2s 2 2p 6 ) 3s 2 3p 6 ) 4s 1 K e - 8O 1s 2 ) 2s 2 2p 4 O e - K 2 + O 1 2 K2O Outros exemplos: Qual a fórmula do composto iônico formado por cálcio (Ca) e flúor (F)? 20Ca 1s 2 ) 2s 2 2p 6 ) 3s 2 3p 6 ) 4s 2 Ca e - 9F 1s 2 ) 2s 2 2p 5 F e - O composto óxido de alumínio possui fórmula Al 2O 3: 13Al 1s 2 ) 2s 2 2p 6 ) 3s 2 3p 1 Al e - 8O 1s 2 ) 2s 2 2p 4 O e - Ca 1 2+ F 2 1 CaF2 Al 2 3+ O 3 2 Al2O3 Ligação Covalente - A ligação covalente envolve, geralmente, átomos que têm tendência de receber elétrons. - Na ligação covalente, os átomos envolvidos compartilham seus elétrons, formando pares eletrônicos. Assim como na ligação iônica, nesse tipo de ligação, os átomos compartilham seus elétrons para obedecer à Regra do Octeto. - Cada par de elétron é constituído por um elétron de cada átomo e pertence simultaneamente aos dois átomos.

4 - Como não ocorre ganho nem perde de elétrons por nenhum dos átomos envolvidos na ligação covalente, formamse estruturas eletricamente neutras, denominadas de moléculas. - A ligação covalente também é chamada de ligação molecular. Vejamos alguns exemplos: + A molécula de cloro (Cl 2) 17Cl 1s 2 ) 2s 2 2p 6 ) 3s 2 3p 5 - Cada átomo de cloro possui 7 elétrons na camada de valência. Logo, para se estabilizar, ele precisa de mais 1 elétron. Ao compartilhar um elétron com um átomo de cloro vizinho, ambos os átomos de cloro ficam estáveis (com 8 elétrons na camada de valência), formando a molécula Cl 2. - Nesse esquema, os sete pontos ao redor de cada átomo de cloro representam os 7 elétrons de valência e o balão vermelho representa o par de elétrons compartilhado. Essa representação é conhecida como fórmula eletrônica ou fórmula de Lewis. - Na fórmula estrutural, também conhecida como plana, cada par de elétrons compartilhados entre dois átomos é representado por um traço. Assim, na molécula de Cl 2, a fórmula estrutural é: Cl Cl - Como um par de elétrons foi compartilhado para se formar a molécula de Cl 2, diz-se então que ligação covalente formada é uma ligação simples. + A molécula de oxigênio (O 2) 8O 1s 2 ) 2s 2 2p 4 - Cada átomo de oxigênio possui 6 elétrons na camada de valência. Logo, para se estabilizar, são necessários mais dois elétrons. Seguindo a mesma analogia do exemplo anterior, se um par de elétrons for compartilhado entre dois átomos de oxigênio, cada átomo ainda não obedecerá a Teoria do Octeto. Assim, para formar a molécula de oxigênio, dois átomos de oxigênio compartilham dois pares de elétrons. - A fórmula estrutural para a molécula de oxigênio, então, será: - Como dois pares de elétrons foram compartilhados para se formar a molécula O 2, diz-se então que ocorreu a formação de uma ligação dupla.

5 + A molécula de nitrogênio (N 2) 7N 1s 2 ) 2s 2 2p 3 - Cada átomo de nitrogênio possui 5 elétrons na camada de valência. Para que obedeçam a Regra do Octeto, cada átomo de nitrogênio precisa de mais 3 elétrons. Assim, na formação da molécula de N 2, três pares de elétrons são compartilhados entre cada um dos dois átomos de nitrogênio, dando origem a uma ligação tripla. + A molécula de ácido clorídrico (HCl) 1H 1s 1 17Cl 1s 2 ) 2s 2 2p 6 ) 3s 2 3p 5 Nesse caso, uma observação deve ser feita. O hidrogênio (H) foge à Regra do Octeto. Ele se estabiliza com dois elétrons na camada de valência. O hidrogênio (H) se estabiliza com dois elétrons na camada de valência. - Assim, na formação da molécula de HCl, os átomos de hidrogênio e cloro compartilham um par de elétrons, de modo a ambos ficarem com 8 elétrons na camada de valência. + A molécula de água (H 2O) 1H 1s 1 8O 1s 2 ) 2s 2 2p 4 - Nesse caso, como cada átomo de hidrogênio se estabiliza com dois elétrons na camada de valência e o átomo de oxigênio necessita de 2 elétrons para atingir o octeto, tem-se que a molécula será formada por dois átomos de hidrogênio ligados covalentemente a um átomo de oxigênio. + A molécula de dióxido de carbono (CO 2) 6C 1s 2 ) 2s 2 2p 2 8O 1s 2 ) 2s 2 2p 4 - Essa molécula será formada por dois átomos de oxigênio ligados covalentemente a um átomo de carbono. Para que todos os átomos envolvidos respeitem o octeto, cada átomo de oxigênio compartilha dois pares de elétrons com o átomo de carbono. Assim, haverá duas ligações duplas formadas, como representado abaixo:

6 - As moléculas formadas por ligações covalentes apresentam algumas características: + Não possuem estado físico específico nas condições normais de temperatura e pressão. Podem ser sólidas, líquidas ou gasosas, dependendo das interações intermoleculares. + Como não há transferência mas sim compartilhamento de elétrons na formação das moléculas, elas são eletricamente neutras + Os compostos moleculares, em geral, possuem baixos pontos de fusão e de vaporização. CO 2(s) CO 2(l) CO 2(g) PF = -56,6º C PE = -78,5º C + São maus condutores de eletricidade, seja na forma sólida, seja na forma líquida. Exceções à Regra do Octeto - A Teoria do Octeto nos ajuda a entender a formação de uma série de substâncias simples e compostas encontradas na natureza. Porém, essa teoria possui algumas exceções, dentre as quais destacam-se os compostos de boro (B), berílio (Be) e alumínio (Al), que se estabilizam com menos de 8 elétrons. + Compostos de boro (B) 5B 1s 2 ) 2s 2 2p 1 O boro possui 3 elétrons na camada de valência e forma compostos, com o flúor, por exemplo, no qual o mesmo apresenta 6 elétrons na camada de valência: + Compostos de berílio (B) 4Be 1s 2 ) 2s 2 O berílio possui 2 elétrons na camada de valência e forma compostos com o flúor, no qual 2 pares de elétrons são compartilhados. Assim, o berílio se estabiliza com 4 elétrons na camada de valência. + Compostos de alumínio (Al) 13Al 1s 2 ) 2s 2 2p 6 ) 3s 2 3p 1

7 O alumínio possui 3 elétrons na camada de valência e se estabiliza quando possui 6 elétrons de valência: - Existem também átomos que apresentam o octeto expandido, ou seja, se estabilizam com mais de 8 elétrons na camada de valência. Exemplos são o fósforo (P), que se estabiliza com 10 elétrons, e o enxofre (S), que fica estável quando possui 12 elétrons na camada de valência.

8 Disciplina: Química Prof.: Guilherme Turma: TR 29/ 04/2016 Tema da aula/lista de exercício: Lista Aula 10 Ligações Químicas (Parte 1) 1) Os átomos de 12Mg e 16S podem originar íons. Determine a carga dos íons formados por cada um desses elementos. 2) Considere os íons: K +, Ca 2+, Fe 3+, F -, O 2-. Escreva as seis fórmulas resultantes da combinação de cada tipo de cátion com cada tipo de ânion. 3) (PUC-MG) Um elemento X (com Z = 20) forma com Y um composto iônico de fórmula X3Y2. O número atômico de Y é: a) 7 b) 9 c) 11 d) 12 e) 18 4) (UNICAMP) Considerando o elementos sódio, magnésio, enxofre e cloro, escreva as fórmulas dos compostos iônicos que podem ser formados entre eles (consulte a tabela periódica). 5) (OSEC-SP) Um elemento químico A de número atômico 38 forma o íon: a) A 2- b) A + c) A 3+ d) A - e) A 2+ 6) (MACKENZIE-SP) Para que átomos de enxofre e potássio adquiram configuração eletrônica igual à de um gás nobre, é necessário que: dados: S (Z = 16); K (Z = 19). a) o enxofre receba 2 elétrons e que o potássio receba 7 elétrons. b) o enxofre ceda 6 elétrons e que o potássio receba 7 elétrons. c) o enxofre ceda 2 elétrons e que o potássio ceda 1 elétron. d) o enxofre receba 6 elétrons e que o potássio ceda 1 elétron. e) o enxofre receba 2 elétrons e que o potássio ceda 1 elétron. 7) (PUC-SP) Considere as configurações eletrônicas de quatro elementos químicos: I. 1s 2 2s 2 II. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 III. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 5 IV. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 5s 2 a) I. b) II. c) III. d) IV. e) I ou II 8) (UFSM-RS) O amianto, conhecido também como asbesto, é um material constituído por fibras incombustíveis. É empregado como matéria-prima na fabricação de materiais isolantes usados na construção civil, como fibrocimento. O uso dessas fibras vem tendo queda desde a década de 1960, quando estudos confirmaram os efeitos cancerígenos desse material, principalmente sobre o aparelho respiratório. Entre seus componentes, além do SiO2, estão o óxido de magnésio (MgO) e o óxido de alumínio (Al2O3). Em relação ao composto MgO, analise as afirmativas: I. A ligação entre o magnésio e o oxigênio se dá por transferência de elétrons, sendo classificada como ligação iônica. II. Os átomos não alcançarão a configuração de gás nobre após a ligação. III. Após a ligação entre os átomos de magnésio e oxigênio, há formação de um cátion Mg 2+ e um ânion O 2. Dados: Mg (Z = 12); O (Z = 8) Está(ao) correta(s) apenas: a) I. b) II. c) III. d) I e II. e) I e III. 9) (UFPA) Sejam os elementos X, com 53 elétrons, e Y, com 38 elétrons. Depois de fazermos a distribuição eletrônica, podemos afirmar que o composto mais provável formado pelos elementos é: a) YX2. b) Y3X2. c) Y2X3. d) Y2X. e) YX. 10) (FUVEST) Dois metais distintos, designados X e Y, reagem com o cloro formando os compostos iônicos XCl e YCl. Os íons dos elementos X e Y devem, portanto, possuir igual: a) raio iônico. b) carga elétrica. c) número de prótons. d) energia de ionização. e) número de elétrons Qual deles apresenta tendência a formar um ânion?

9 11) (FATEC-SP) A propriedade que pode ser atribuída à maioria dos compostos iônicos (isto é, aos compostos caracterizados predominantemente por ligações iônicas entre as partículas) é: a) dissolvidos em água, formam soluções ácidas. b) dissolvem-se bem em gasolina, diminuindo sua octanagem. c) fundidos (na fase líquida), conduzem corrente elétrica. d) possuem baixos pontos de fusão e de ebulição. e) são moles, quebradiços e cristalinos. 12) (ITA-SP) Uma determinada substância apresenta as seguintes propriedades físico-químicas: I. O estado físico mais estável a 25 C e 1 atm é o sólido. II. No estado sólido apresenta estrutura cristalina. III. A condutividade elétrica é praticamente nula no estado físico mais estável a 25 C e 1 atm. IV. A condutividade elétrica é alta no estado líquido. A alternativa relativa à substância que apresenta todas as propriedades acima é a: a) poliacetileno. b) brometo de sódio. c) iodo. Átomo Número de massa (A) Número de nêutrons A B C D Associe os pares de átomos que possuem propriedades químicas semelhantes e justifique sua resposta. 15) (UFV) Consulte a Tabela Periódica e assinale a alternativa CORRETA sobre os elementos Lítio, Cálcio e Cloro: a) Os três elementos possuem as mesmas propriedades químicas. b) O Lítio possui elétrons nas camadas K, L e M. c) O átomo de Cloro, ao doar um elétron, se transforma em um ânion. d) O Lítio e o Cálcio se ligam com o Cloro formando LiCl e CaCl2. e) O Lítio e o Cálcio são ametais. 16) (PUC-BA) O modelo abaixo serve para representar as ligações covalentes na molécula de... d) silício. e) grafita. 13) (UFV) Os compostos formados pelos pares Mg e Cl; Ca e O; Li e O; K e Br possuem fórmulas cujas proporções entre os cátions e os ânions são, respectivamente: Dados: Li (Z = 3); O (Z = 8); Mg (Z = 12); Cl (Z = 17); K (Z = 19); Ca (Z = 20); Br (Z = 35). a) 1:1; 2:2; 1:1; 1:2 b) 1:2; 1:2; 1:1; 1:1 c) 1:1; 1:2; 2:1; 2:1 d) 1:2; 1:1; 2:1; 1:1 e) 2:2; 1:1; 2:1; 1:1 14) (UFES) Na tabela a seguir são dadas informações sobre 4 átomos neutros Dados: H (Z = 1); N (Z = 7); O (Z = 8); F (Z= 9). a) HF. b) N2. c) O2. d) F2. e) H2. 17) (FEI-SP) A fórmula N N indica que os átomos de nitrogênio estão compartilhando três: a) prótons. b) elétrons. c) pares de prótons. d) pares de nêutrons. e) pares de elétrons 18) Represente as estruturas de Lewis e as fórmulas estruturais das seguintes moléculas, indicando o número de ligações simples, duplas e triplas:

10 a) NH3 b) CH4 c) HBr d) CO 19) Quando um elemento químico Al (Z = 13) se combina quimicamente com o elemento S (Z = 16), a fórmula e a ligação são, respectivamente: a) Al3S2; iônica b) Al2S3; iônica c) AlS; covalente d) AlS3; metálica e) Al2S; covalente 20) Dentre as substâncias a seguir, identifique quais são iônicas e quais são moleculares. Para as substâncias iônicas, indique as cargas dos íons envolvidos. No caso das moleculares, represente as fórmulas de Lewis. a) AgBr b) CH3I c) CaCl2 d) C2H4 21) O elemento bromo forma compostos iônicos e moleculares. Assinale a alternativa que apresenta, respectivamente, um composto iônico e um covalente formado pelo bromo. a) NH4Br e NaBr b) NaBr e MgBr2 c) CBr4 e KBr d) KBr e NH4Br e) CaBr2 e HBr 22) (UFRJ) 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: Dados: P (Z = 15), S (Z = 16), C (Z = 6), N (Z = 7) e H (Z = 1). a) Fósforo. b) Enxofre. c) Carbono. d) Nitrogênio. e) Hidrogênio. 23) Sabendo que o elemento B pertence ao grupo 1A e que o elemento C pertence ao grupo dos halogênios (família 8A), identifique a alternativa correta da fórmula do composto constituído por B e C da natureza da ligação existente entre eles: a) BC2-iônica b) B2C3-dativa c) BC-iônica d) B2C-covalente e) BC3-metálica 24) Coloque os seguintes íons em ordem crescente de raio atômico e decrescente de afinidade eletrônica: 20Ca 2+, 13Al 3+, 9F -. 25) Qual a fórmula do composto formado pelo elemento X, cujo subnível mais energético é 3p 4, e o elemento Y, que é do grupo 1A, no 2 período? 26) (Fuvest) A molécula que apresenta somente uma ligação covalente simples é: (Dados: O=8; C= 6; F=9; H=1) a) F2. c) CO. e) H2O. b) O2. d) HI. 27) Classificar, em covalentes ou iônicas, as ligações químicas presentes nas seguintes substâncias: sulfeto de sódio Na2S tetracloreto de carbono CCl4 Para o composto covalente, representar as fórmulas de Lewis e a estrutural plana. 28) Dados os elementos químicos 53M 127 e 20X 40. Qual deles tende a formar cátion e qual tende a formar ânion? Justifique. 29) Os elementos X e Z têm configurações eletrônicas 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 e 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5, respectivamente. Quais das afirmações a seguir são corretas?

11 I Os dois elementos reagirão para formar um composto iônico de composição X2Z. II O elemento X é da Família IA. III O núcleo do elemento Z tem 17 prótons. IV A ligação química entre os dois elementos é iônica. V O elemento Z forma a substância simples Z2, cujos átomos são unidos por ligação covalente. a) I, II e IV. c) II, III e V. e) todas. b) III e V. d) II e V. 30) Na figura a seguir, observa-se a estrutura tridimensional do NaCl e o destaque de uma célula unitária. Com base nas informações do texto, do desenho e em seus conhecimentos sobre química, é correto afirmar: (Dados número atômico 11Na e 17Cl) a) As esferas maiores representadas na figura acima correspondem ao átomo de cloro. b) O raio do cátion sódio é superior ao raio do átomo de sódio no estado fundamental. c) O cloreto de sódio no estado sólido conduz maior corrente elétrica que uma solução do respectivo sal. d) Compostos iônicos, como por exemplo, o cloreto de sódio, apresentam elevada temperatura de fusão devido à estrutura geométrica ordenada de seus átomos. e) Compostos iônicos não formam soluções (misturas homogêneas) quando dissolvidos em água. O gabarito será divulgado na próxima lista de exercícios! Retículo cristalino do cloreto de sódio

12 Gabarito Lista Propriedades periódicas e aperiódicas Aula dia 07/04/16 1) a) 2) b) 3) e) 4) Todas as afirmativas estão corretas 5) e) 6) a) Propriedade periódica é aquela que varia com o número atômico e que se repete em intervalos regulares na tabela periódica. b) 18) d) 19) V, V, F, F, F. 20) c) 21) b) 22) d) 23) e) 24) b) 25) d) 26) 3Li + 1s 2 1s 1 1H - 1s 2 5B 3+ 1s 2 4Be 2+ 1s 2 Como na distribuição eletrônica do íon Li+ duas camadas são preenchidas por elétrons, seu raio iônico será o maior de todos. Nos demais íons, igual número de camadas são preenchidas. Nesse caso, aqueles que tem o menor número de prótons terão o maior raio. Então: B 3+ < Be 2+ < H - < Li +. 27) e) 28) b) c) Li < Na < K < Rb 7) e) 29) a) 30) d) 8) c) 9) e) 10) c) 11) c) 12) Considerando uma mesma família, com o aumento do número atômico, o raio atômico aumenta e a energia de ionização e a eletronegatividade diminuem. 13) e) 14) c) 15) c) 16) b) 17) V, F, V, V, V.

13 Gabarito lista 10-29/04 e 05/05 1) Mg 2+ e S 2-2) KF, K2O, CaF2, CaO, FeF3, Fe2O3 3) a) 4) Na2S, NaCl, MgS, MgCl2 5) e) 6) e) 7) c) 8) a) 9) a) 10) b) 11) c) 12) b) 21) e) 22) c) 23) c) 24) Raio Iônico: Al 3+ > Ca 2+ > F - Eletroafinidade: F - > Ca 2+ > Al 3+ 25) Y2X 26) d) 27) Na2S: iônica, CCl4: covalente Cl Cl Cl 13) d 14) Aplicando-se a equação A = p + n e os dados da tabela, é possível encontrar o número de prótons de cada elemento. Faz-se a distribuição eletrônica de cada um deles e determina-se suas respectivas famílias. Aqueles que fazem parte da mesma família possuem propriedades químicas semelhantes. São esses: A e C, B e D. 28) Fazendo a distribuição eletrônica e observando a camada de valência, percebe-se que o átomo M possui tendência de formar um ânion (M - ) e o X, um cátion (X 2+ ). 29) I F, II F, III V, IV V, V V. 30) d) Cl 15) d) 16) b) 17) e) 18) Em sala 19) b) 20) a) iônica b) molecular I c) iônica d) molecular

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