Cursos Profissionais-Física e Química 10º ano

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1 Parâmetros da ligação covalente A. O comprimento da ligação nas moléculas diatómicas Como já se referiu, quando os átomos se aproximam formando ligações dão origem a uma nova unidade estrutural- a molécula =, mais estável que os átomos separados, como acontece nas moléculas de di-hidrogénio (H 2 ), de dioxigénio (0 2 ) e de diazoto (N 2 ). A distância entre os núcleos dos átomos é tal que se verifica um equilíbrio entre as forças de repulsão dos núcleos e as forças de atração entre os eletrões (que estabelecem a ligação) e os mesmos núcleos. Como a molécula não é uma entidade rígida nem inflexível. a unidade estrutural é capaz de vibrar, de rodar e de sofrer translação no espaço. Pelo facto de vibrar, o comprimento das ligações varia, sendo necessário defini-lo como uma distância média. B. Energia de ligação ALERTA Raio covalente de um elemento não metálico é metade da distância entre o centro de dois átomos ligados por uma ligação covalente. Como já se referiu, uma molécula é mais estável que os seus átomos separados, havendo libertação de energia quando se forma uma ligação química. Comprimento de ligação é a distância média de equilíbrio entre os dois núcleos dos átomos numa molécula. Comprimento de ligação Esta energia tem valor igual ao da energia que é necessário fornecer à molécula quando se pretende separar os seus átomos, ou seja, romper a ligação (energia de dissociação). Energia de ligação é a energia que se liberta na formação de uma ligação química. Energia de ligação Na tabela seguinte encontram-se valores de comprimentos e de energias de ligação de algumas moléculas diatómicas de substâncias conhecidas. Substância Ligação Comprimento / prn Energia / kj mol -1 H 2 H-H N z N N O 2 0= F 2 F-F Cl 2 Cl-Cl Br z Br- Br I 2 I

2 C- A correlação comprimento da ligação/energia da ligação A comparação dos comprimentos e das energias da ligação só é perfeitamente válida entre os mesmos átomos envolvidos em ligações diferentes, como, por exemplo, as ligações C - C, C =C e C C em moléculas diferentes. Ligação Comprimento / Energia / kj mol - 1 pm C C C=C C-C Nota-se que à medida que o número de dupletos (na tabela representados por "-") que assegura a ligação diminui: o comprimento da ligação aumenta; a energia da ligação diminui Energia / kj mol - 1 ' Molécula Comprimento / pm N 2 [N N) O 2 [0=0) F 2 [F - F) Repare-se agora na sequência dos valores dos comprimentos e das energias de ligação das moléculas N 2, O 2 e F 2. Assim, continua a ser válida a correlação entre o modo como varia o comprimento e a energia de ligação, de um modo idêntico ao que acontecia nas diferentes ligações C C Conclusões: 1. Comprimento da ligação simples> comprimento da ligação dupla> comprimento da ligação tripla. 2. Energia da ligação simples < energia da ligação dupla < energia da ligação tripla. 3. A um maior comprimento de ligação corresponde, normalmente, uma menor energia de ligação e reciprocamente.

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4 A forma das moléculas: geometria molecular A. o ângulo de ligação Todas as moléculas diatómicas são consideradas moléculas lineares planas mas, no caso de moléculas com três ou mais átomos, podem colocar-se as seguintes questões: Qual é a forma dessas moléculas: Que ângulos formam as diferentes ligações entre si? São moléculas planas ou moléculas a três dimensões? Para obter as respetivas respostas é necessário estabelecer para as moléculas poliatómicas um terceiro parâmetro de ligação: o ângulo de ligação. Ângulo de ligação Ângulo de ligação é o menor ângulo (a) formado pela interseção das retas que unem o núcleo de um átomo central com os núcleos de dois outros átomos a ele ligados. O valor do ângulo é um valor médio face ao estado de agitação permanente dos átomos, tal como acontecia com o comprimento da ligação. o que condiciona o ângulo de ligação o valor deste ângulo é, fundamentalmente, determinado por: raios atómicos do átomo central [X] e dos que lhe estão ligados (Y e Z); existência ou não de pares de eletrões não ligantes no átomo central; número desses pares não ligantes. Ligação Molécula Ânqulo O=c=o CO ,5 H2O CH 4 109,5 CH 3Cl 110,5 H-C-H CH 3Br 111,2 CH 3I CH 3OH 109,3 H-O-H H 2O 104,5 H-S-H H 2S 92,5 F-O-F OF 2* 103,0 Cl-O-Cl Cl 2O 111,0 H-N-H NH 3 107

5 B. Geometria molecular A geometria de uma molécula corresponde ao arranjo tridimensional dos seus átomos (arranjo espacial dos dupletos]. resultante da repulsão mínima entre dupletos ligantes e não ligantes e que conferem à molécula a maior estabilidade.

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8 3.2. Ligação química: modelo da ligação iónica Considere-se o caso de um sal muito comum, o cloreto de sódio, cuja fórmula química é NaCl Qual será a razão desta fórmula? A notação de Lewis ajuda a perceber como se forma este composto Na: Cl: Na formação do cloreto de sódio e utilizando a notação de Lewis, pode admitir-se um modelo segundo o qual o eletrão periférico do átomo de sódio passa a pertencer à nuvem eletrónica do átomo de cloro. Forma-se neste processo uma ligação iónica em que os iões Na+ e Cl - ficam ligados por forças de natureza eletrostática. ALERTA Não existem, de facto, ligações iónicas puras. Este modelo é adequado à interpretação da formação de ligações entre átomos de elementos metálicos, sobretudo os dos grupos 1 e 2 da Tabela Periódica, e átomos de elementos não metálicos, que apresentam valores elevados para a diferença de eletronegatividades. No entanto, não existem, de facto, ligações iónicas puras. Verifica-se sempre um certo grau de covalência, ou seja, alguma partilha do(s) eletrão(ões) transferido(s), que aumenta com a proximidade, na Tabela Periódica, dos átomos envolvidos (aproximação dos valores da eletronegatividade). A representação NaCl que se adotou para fórmula química do cloreto de sódio traduz apenas a proporção entre os iões e a consequente eletroneutralidade do composto resultante. Esta fórmula não corresponde a nenhuma unidade estrutural mínima que se repete como acontecia com as moléculas. Nas condições-padrão (P= 1 atm e = 0 C), todos os compostos iónicos são sólidos cristalinos. Como se distribuem os aniões e os catiões no sólido tridimensional? A estrutura de sal de rocha, que é o nome da forma mineral do cloreto de sódio, está representada pelas figuras A e B, onde se pode ver o arranjo espacial dos iões. Da análise da figura, pode concluir-se que: os iões Cl - ocupam os vértices e o centro das faces de um cubo, formando uma célula cúbica de faces centradas, que se repete nas três dimensões do espaço da rede cristalina; os iões Na +, mais pequenos, "encaixam" nos espaços entre os iões Cl - cada anião está rodeado por seis catiões e cada catião está rodeado por seis aniões (coordenação 6, 6). A estabilidade global dos compostos iónicos resulta das interações de todos os iões e não apenas da interação entre um anião e um catião.

9 3.3. Ligação química: modelo da ligação metálica Os metais apresentam algumas propriedades físicas macroscópicas que sugerem claramente um modelo especial para a ligação que une os seus átomos. A ligação metálica encontra-se apenas nos metais sólidos, cujos átomos apresentam baixos valores de eletronegatividade e poucos eletrões periféricos. Características deste tipo de ligação As nuvens eletrónicas sobrepõem-se na rede metálica, podendo os eletrões de um átomo mover-se nas nuvens eletrónicas dos átomos adjacentes. Cada átomo do metal transforma-se num ião positivo (cerne do átomo l, rodeado por um certo número de outros iões idênticos numa rede cristalina a três dimensões, onde os eletrões mais periféricos (designados vulgarmente "de valência") se movem livremente de uma camada exterior para outra. Os eletrões mais periféricos deslocalizados, movendo-se entre os cernes dos átomos, interatuam com eles, gerando uma força ligante que une os átomos entre si na rede metálica. Este tipo de ligação não altera a eletroneutralidade do metal. Exemplo: Considere-se o sódio cujo átomo tem um único eletrão de valência. Interpretação dos esquemas figura A - o círculo branco representa o cerne do átomo e o pequeno círculo escuro representa o eletrão de valência. figura B - o fundo sombreado pretende representar a deslocalização átomos na rede metálica. uniforme dos eletrões por todos os cernes dos Resumindo: Os eletrões de valência encontram-se deslocalizados por todo o metal, não pertencendo, portanto, a nenhum núcleo em particular. Assim sendo, na estrutura sólida dos metais, em posições mais rígidas, encontrar -se-ão partículas constituídas pelo que resta da "libertação" dos eletrões de valência, consequentemente, partículas com carga elétrica positiva. Na ligação química nos metais fica então assegurada pelas forças atrativas entre estas partículas e a totalidade dos eletrões deslocalizados por todo o volume do metal

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