Apostila de Química Geral

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1 Cursinho Vitoriano UNESP - Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho" Câmpus de São José do Rio Preto Apostila de Química Geral Período noturno Ligações químicas interatômicas Vanessa R. Gerlah Paganatto

2 Ligações químicas interatômicas 1. Introdução A fórmula química de uma substância nos diz quais são os elementos químicos que a compõem e também nos informa sobre a quantidade relativa de átomos de cada elemento presente. No ar e na água do mar estão presentes diversas substâncias, cada qual com uma composição química característica. E sendo possível realizar uma previsão sobre a fórmula de uma substância forma quando átomos dos diferentes elementos se unem entre si. 2. Os Gases Nobres e a Regra do Octeto Todas as substâncias químicas são formadas por átomos de elementos químicos. Os químicos observaram que a imensa maioria das substâncias conhecidas é formada por átomos combinados, unidos. Podendo ser átomos de um único elemento ou de dois ou mais elementos. Das milhões de substâncias conhecidas, sabe-se de apenas seis nas quais existem átomos não combinados. Essas substâncias são o hélio (He), neônio (Ne), argônio (Ar),criptônio (Kr), xenônio (Xe) e radônio (Rn) gases presentes em pequena quantidade na atmosfera terrestre. Apenas os gases nobres (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn), nas condições ambientes, apresentam átomos estáveis isolados, isto é, não unidos a outros átomos. Página 2

3 2.1. Regra do Octeto Os gases nobres apresentam a última camada contendo 8 elétrons, com exceção do hélio, no qual a última camada só comporta 2 elétrons. Possuir então, 8 elétrons na última camada ou 2 elétrons, caso seja a camada K, faz com que o átomos fique estável. Um átomo estará estável quando sua última camada possuir 8 elétrons (ou 2, caso se trate da camada K.) Os átomos não estáveis se unem uns aos outros a fim de adquirir essa configuração de estabilidade. Aquecimento Um átomo estará estável quando sua última camada possuir 8 elétrons (ou 2, caso se trate da camada K.) Os átomos não estáveis se unem uns aos outros a fim de adquirir essa configuração de estabilidade. 3. Ligação Iônica 3.1. Tendência dos elementos a perder ou a receber elétrons Considerando o segundo período da tabela periódica Página 3

4 Os átomos de todos os elementos deste período apresentarão duas camadas com elétrons. Lembrando que, os elétrons possuem carga negativa, enquanto os prótons, carga positiva. O que mantém os elétrons presos ao átomo é a atração exercida pelos prótons do núcleo. A medida que percorremos um período (linha horizontal) da tabela periódica, da esquerda para direita, aumenta a atração exercida pelo núcleo sobre os elétrons da camada de valência De fato, percebe-se que os elementos dos grupos IA, IIA e IIIA apresentam uma tendência acentuada a perder elétrons da camada de valência (última camada) sem os elétrons de valência, a última camada eletrônica passa a ser a anterior, que satisfaz a regra do octeto. Os átomos dos grupos VA, VIA e VIIA apresentam, de modo geral, tendência a receber elétrons para ficar com oito elétrons na última camada Formação de íons e ligação iônica As substâncias formadas por metais e não metais apresentam elevados pontos de fusão e de ebulição, conduzem corrente elétrica no estado líquido, mas não no estado sólido. Página 4

5 Um exemplo são os átomos neutros dos elementos sódio (K-2, L-8, M-1) e cloro (K-2, L-8, M- 7) nenhum deles está estável de acordo com a regra do octeto. Contudo, se houver uma transferência de 1 elétron do sódio para cloro, ambos atingirão a estabilidade. Metais têm tendência a formar cátions; e ametais, a formar ânions. Todo composto iônico é sólido, quando puro nas condições ambientes de pressão e temperatura. Página 5

6 3.3. Escrevendo a fórmula de um composto iônico 4. Ligação Covalente Substâncias formadas pela união de átomos de não metais (incluindo o hidrogênio) apresentam baixos pontos de fusão e ebulição e não conduzem corrente elétrica nos estados líquido ou sólido. A ligação entre átomos de ametais não pode ser iônica, pois, ametais necessitam de elétrons para completar o octeto. As substâncias como H 2, O 2, N 2, e Cl 2, os átomos se mantêm unidos porque suas eletrosferas compartilham alguns elétrons, ou seja, fazem uso comum da quantidade de elétrons necessária para que passem a ter eletrosfera semelhante à de gás nobre. Página 6

7 Nenhum dos átomos envolvidos transformou-se em íon, ou seja, nenhum deles perdeu ou recebeu elétrons. Devido ao compartilhamento, todos passaram a ter, em suas eletrosferas, número de elétrons igual ao dos gases nobres Polaridade das ligações covalentes A eletronegatividade é a capacidade que um átomo tem de atrair para si o par de elétrons que ele compartilha com outro átomo em uma ligação covalente. As medidas experimentais foram feitas pelo cientista Linus Pauling, que criou uma escala de eletronegatividade. De acordo com a diferença de eletronegatividade dos elementos, pode-se classificar a ligação covalente em polar ou apolar. = diferença de eletronegatividade Ligação Apolar ( =0) A diferença de eletronegatividade tem que ser igual à zero. Geralmente, acontece em moléculas de átomos iguais. Ligação Polar ( # 0) A diferença de eletronegatividade tem que diferente de zero. Geralmente, acontece em moléculas de átomos diferentes. Durante as ligações químicas, podem sobrar elétrons do átomo central. Então: molécula polar quando não sobram elétrons do átomo central. molécula apolar quando sobram elétrons do átomo central. Página 7

8 4.2. Ligação coordenada/dativa A ligação covalente coordenada (até algum tempo atrás denominada covalente dativa, ou simplesmente, dativa) é um tipo especial de ligação covalente: ao invés de átomos compartilharem elétrons mutuamente (com o par eletrônico formado por um elétron de cada), um dos ligantes doa um par inteiro ao outro. O verbo doa não está entre aspas sem motivo, pois o par cedido não torna-se propriedade do segundo. Assim, mesmo que não haja compartilhamento mútuo, o par completa as eletrosferas de ambos. Página 8

9 4.3. Exceções regra do octeto a) Estabilidade com menos de 8 elétrons b) Esse caso ocorre em elementos do terceiro período em diante, pois, visto que são mais de oito elétrons que terão que se comportar na camada de valência, o átomo precisa ser relativamente grande. É por isso que os elementos do segundo período nunca se expandem. Os elementos principais nos quais essa expansão do octeto ocorre são o fósforo (P) e o enxofre (S) c) Estabilidade com número ímpar de elétrons 5. Ligação Metálica Ligação metálica é a ligação entre metais e metais. Formam as chamadas ligas metálicas que são cada vez mais importantes para o nosso dia-a-dia. No estado sólido, os metais se agrupam de forma geometricamente ordenados formando as células, ou grades ou retículo cristalino. Uma amostra de metal é constituída por um grande número de células unitárias formadas por cátions desse metal. Na ligação entre átomos de um elemento metálico ocorre liberação parcial dos elétrons mais externos, com a conseqüente formação de cátions, que formam as células unitárias. Página 9

10 Esses cátions têm suas cargas estabilizadas pelos elétrons que foram liberados e que ficam envolvendo a estrutura como uma nuvem eletrônica. São dotados de um certo movimento e, por isso, chamados de elétrons livres. Essa movimentação dos elétrons livres explica por que os metais são bons condutores elétricos e térmicos. Estas ligações e suas estruturas que os metais apresentam uma série de propriedades: o brilho metálico, a condutividade elétrica, o alto ponto de fusão e ebulição, a maleabilidade, a ductilidade, a alta densidade e a resistência á tração. 6. Comparando os três tipos de substância Visão geral a respeito do assunto Substância Pontos de fusão e Estado físico nas Conduz corrente elétrica no: de ebulição condições ambientes Estado Estado sólido? líquido? Iônica Altos Sólido Não Sim Molecular Baixos Sólido, líquido ou Não Não gasoso Metálica Altos Sólido Sim Sim Comecemos lembrando que: As substâncias iônicas são constituídas por íons (cátions e ânions) em retículos cristalinos iônicos; As substâncias moleculares são constituídas por moléculas; As substâncias metálicas são constituídas por íons de elementos do tipo metal dispostos em retículos cristalinos metálicos, nos quais há elétrons livres para se movimentar; Corrente elétrica é um fluxo ordenado de cargas elétricas em movimento. As substâncias metálicas conduzem corrente elétrica no estado sólido graça a seus elétrons livres, mesmo quando passam para o estado líquido. Moléculas não possuem carga elétrica, ou seja, são eletricamente neutras. Assim, as substâncias moleculares não apresentam cargas livres e, portanto, são incapazes de conduzir corrente elétrica. Íons são entidades possuidoras de carga elétrica. Uma substância iônica pode conduzir eletricidade no estado líquido, pois nessas circunstâncias, os íons que a consistem não estão presos num retículo cristalino, mas livres para se movimentar. Página 10