Universidade Federal de Campina Grande Centro de Ciência e Tecnologia Agroalimentar Profª Roberlucia A Candeia Disciplina: Química geral

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1 Universidade Federal de Campina Grande Centr de Ciência e Tecnlgia Agralimentar Prfª Rberlucia A Candeia Disciplina: Química geral Ligações Químicas 1

2 Pr quê estudar Ligações Químicas? Para cmpreenderms estad da matéria, e cnsequentemente a frmaçã ds materiais. Ex: carvã, água, ar atmsféric, e utrs. Estas frmações sã explicadas pelas ligações químicas e pelas estruturas gemétricas d material (arrumaçã). As ligações químicas cnsiste na uniã (u assciaçã) entre s átms pr frças intermleculares.

3 Cm Surgiu a Frmaçã das Ligações Químicas? N séc XX, surge a ideia de valência (a capacidade de um átm de se ligar a utr). Exempl: Hidrgêni 1s 1 (1 valência = mnvalente) Oxigêni 1s 2 2s 2 2p 4 (2 valência = bivalente) Nitrgêni 1s 2 2s 2 2p 3 (3 valência = trivalente) Carbn 1s 2 2s 2 2p 2 (4 valência = tetravalente),... Em (1916), Gilbert N Lewis e W Kssel estabeleceram a teria eletrônica de valência, cnsiderand a cnfiguraçã eletrônica ds gases nbres, cm exceçã d héli que é cmpst pr 2 elétrns, s demais elements pssuem 8 elétrns (chamad ctet eletrônic) na última camada de eletrônica.

4 A Regra d Octet (cm exceçã d He) afirma que tds s elements buscam adquirir a cnfiguraçã eletrônica igual a ds gases nbre (it elétrns), afim de cnseguir a estabilidade química. Valência: Pder de cmbinaçã u valência de um átm é númer de ligações que element químic deve fazer para alcançar a estabilidade. Em utras palavras, para que este fique cm it elétrns na última camada. Esta última camada u camada mais externa é chamada de valência.

5 Fórmulas de Lewis para alguns elements representativs Perdem elétrns Ganhar elétrns Ou Cmpartilhar elétrns

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7 Tips de Ligações Químicas Ligações Iônicas (u Eletrvalente): Cnsiste da atraçã eletrstática entre íns de cargas pstas, envlvend transferência de elétrns entre s átms; Ligações Cvalentes: Ocrre entre mléculas e envlve cmpartilhament de elétrns da camada de valência mais instável; Ligaçã Metálica: Ocrre entre átms e cátins de metais cujs elétrns mais externs migram d átm para cátin e vice-versa.

8 I) Ligaçã Iônica u Eletrvalente Frmaçã das ligações iônicas: Na (s) + Cl (g) NaCl (s) [Ne] 3s¹ [Ne]3s²3p 5 Na + Cl - Imprtante: O átm que da elétrn pertence a element de baixa energia de inizaçã e átm que recebe elétrn pertence a element de alta eletrafinidade.

9 As transferência de elétrns pde ser representada pr mei da ntaçã de Lewis, da seguinte maneira: Exempl, a) NaCl

10 Cicl de Brn-Haber

11 Esquematicamente, a ligaçã iônica entre s átms A e B genérics, pdem ser frmadas pr: Resumind: A ligaçã iônica é a frça que mantém s íns unids, pr transferência de um u mais elétrns que crrem entre s átms de um metal para um utr átm ametal; A eletrvalência é a carga elétrica ds íns;

12 b) MgCl 2 Mg + 2Cl MgCl 2 Eletrvalência: Mg 2+ =2 e Cl 1- = 1 c) AlF 3 Al + 3F AlF 3

13 Características ds Cmpsts Iônics: 1. Pssuem frma gemétrica bem definida (denminads de retículs cristalins), e sã sólids nas cndições ambientes; 2. Apresentam elevadas temperaturas de fusã e ebuliçã; 3. Quand submetids a impact, se quebram facilmente (Tenacidade); 4. Pssuem dureza (pdem ser riscad pr utr material); 5. Cnduzem crrente elétrica a serem disslvids em água, u se estiverem purs n estad líquid, devid a presença de íns cm liberdade de mviment, e estes pdem ser atraíds pel eletrd, fechand circuit elétric; 6. Seu melhr slvente é a água.

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15 II) Ligaçã Metálica Cnsiste em ligações realizadas entre átms e cátins de metais cujs elétrns mais externs migram d átm para cátin e vice-versa; Estrutura ds Metais e de alguns semimetais Os átms metálics se agrupam de frma gemétrica rdenada, riginand células, u também chamad de reticulads cristalins. Os reticulads mais cmuns sã:

16 Principal Característica: Cnduçã de eletricidade 1. Brilh Metálic; 2. Cndutividade Térmica e Elétrica Elevadas; 3. Densidade Elevada; 4. Pnts de Fusã e Ebuliçã Elevads; 5. Resistência á Traçã; 6. Maleabilidade; 7. Ductibilidade.

17 Ligas Metálicas Mistura de substâncias cuj cmpnente principal é um metal. Aç cnstituíd pr Fe e C. Aç inxidável cnstituíd pr Fe, C, Cr e Ni. Our de Jias cnstituíd pr Au, Ag e/u Cbre. Amálgama dental (utilizada em bturaçã) cnstituída pr Hg, Ag e Sn. Brnze cnstituíd pr Cu e Sn. Latã (utilizad em armas e trneiras) cnstituíd pr Cu e Zn.

18 III) Ligaçã Cvalente Frmaçã das Ligações Cvalentes Simples: H H H H Cmpartilhament de elétrns H-H Par Eletrônic H 2

19 O equilíbri da mlécula depende das frças eletrstáticas. Atraçã entre cargas pstas s átms nã se separam, enquant na repulsã s átms tendem a se separarem.

20 Ligaçã de Valência e Superpsiçã de rbitais Variaçã de energia ptencial durante a frmaçã da ligaçã cvalente na mlécula de H 2.

21 Orbital Mlecular

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23 Cmpriment da ligaçã Cnsiste na distância entre s dis centr ds rais atômics. Quand a ligaçã cvalente é entre átms iguais, cmpriment é a metade da distância que separa s dis núcles. Graficamente, O cmpriment da ligaçã (d), entre átms diferentes, é tida cm a sma ds rais cvalentes ds átms envlvids, ist é, (r 1 +r ). Graficamente,

24 Esquematicamente, a ligaçã cvalente pde ser representada: Átms A B Tendência Receber elétrns. Receber elétrns. Classificaçã Par elétrns de Hidrgêni, ametais, semimetais. Hidrgêni, ametais, semimetais.

25 Tips de Ligações Cvalentes Ligações Cvalentes Simples: H H F F Par eletrônic H-F HF Elétrns nã ligante (u par islad): nã participam da ligaçã; Elétrns ligante (u par cmpartilhad): participam da ligaçã. Cm a Teria de Lewis, as substâncias que pssuem ligações cvalentes passam a ser denminada de substâncias mleculares.

26 Ligações Cvalentes Múltiplas Dupla: Tripla: O C O N N O C O N N O=C=O N N CO 2 N 2

27 Ligações Múltiplas

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29 Frmaçã da ligaçã sigma: EX: mlécula H 2 A interpenetraçã crre a lng d eix, send denminada ligaçã sigma (σ) d tip s+s.

30 Frmaçã da ligaçã: mlécula HF Distribuiçã eletrônica ds átms Representaçã ds Orbitais Frmaçã da ligaçã A interpenetraçã crre a lng d eix, send denminada ligaçã sigma (σ) d tip s+p.

31 Frmaçã da ligaçã: mlécula F 2 Distribuiçã eletrônica ds átms Representaçã ds Orbitais Frmaçã da ligaçã A interpenetraçã crre a lng d eix, send denminada ligaçã sigma (σ) d tip p+p.

32 Ligaçã PI (π): Ocrre nas mléculas que apresentam ligações duplas u triplas entre dis átms. Frmaçã da ligaçã: mlécula O 2 Representaçã ds Orbitais Frmaçã da ligaçã Ocrre pela interpenetraçã de rbitais incmplets d tip p cntids em eixs paralels. Ligaçã pi (π ) d tip p+p.

33 Frmula Estrutural Frmula de Lewis Pares de elétrns Classificaçã 1 par de eletrônic Ligaçã simples 2 pares de eletrônics Ligaçã dupla 3 pares de eletrônics Ligaçã tripla

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35 Cas Particular da Ligaçã Cvalente: Dativa (u Crdenada) Cnsiste quand par eletrônic cmpartilhad é frmad pr elétrns de apenas um ds átms participantes. Ligaçã cvalente dativa (u crdenada) Átms: A B (estável) (necessita de 2 elétrns) Surgem quand um ds átms participantes esgta tdas as ligações cvalentes pssíveis, e entã, existem átms, em que ainda nã pssuem ctet cmplet. Nesse cas, átm que já se estabilizu cmpartilha pares eletrônics de sua ultima camada.

36 Frmaçã da Ligaçã Cvalente Dativa: Ligaçã Nrmal 3 H + N H H N: H NH 3 Ligaçã Crdenada H H N: H + H + H H : N : H H + NH 4 + H + H N H H

37 Exceções à Regra d Octet Expansã: Quand um u mais de átm excede ctet em sua camada de valência. Cntraçã: Quand átm central em algumas mléculas tem mens que ctet. Ist crre cm Br e Beríli..... : Cl Be Cl.. :.. Radicais e Birradicais: Espécies n qual pssuem númer impar de elétrns.ex: Radical metila Birradical

38 Eletrnegatividade N cas d HCl: H + Cl - Dipl Os dis átms em uma ligaçã cvalente plar frmam um dipl elétric. O tamanh de um dipl elétric que é medida da magnitude das cargas parciais mment de dipl elétric μ - unidade Debye (D) H-Cl: μ = 1,1 D

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41 Plaridade mlecular

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43 Estrutura de Ressnância Os elétrns envlvids em estruturas de ressnância sã dits deslcalizads. O cmpartilhament de um par de elétrns é distribuíd sbre diverss pares de átms e nã pde ser identificad simplesmente cm um par de átms. Exempl, O O O O O O

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46 Hibridizaçã d Carbn: Cnsiste na fusã de rbitais atômics incmplets, que se transfrmam riginand nvs rbitais, em igual númer. Esses nvs rbitais sã denminads Orbitais híbrids. Existem três tips de hibridizaçã, que sã: sp 3,sp 2, sp. a) Hibridizaçã sp³: Ocrre quand carbn pssui as quatr ligações simples. Exempl CH 4 Estad Fundamental: Estad Ativad (Excitad): Estad Híbrid:

47 Exempl: Mlécula d metan - CH 4 :

48 Exempl: Mlécula d metan - CH 4 : σ σ σ σ Mlécula d etan C 2 H 6 : σ σ σ σ σ σ

49 b) Hibridizaçã sp²: Ocrre quand carbn pssui uma única ligaçã dupla. Exempl C 2 H 4 Estad Fundamental: Estad Ativad (Excitad): Estad Híbrid: p

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51 c) Hibridizaçã sp: Ocrre quand carbn pssui duas ligações duplas u uma ligaçã tripla. Exempl C 2 H 2 Estad Fundamental: Estad Ativad (Excitad): Estad Híbrid:

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53 Resum de Hibridizaçã d Carbn:

54 Teria das Repulsões ds Pares Eletrônics da Camada de Valência (RPECV) Essa teria afirma que: A redr d átm central, s pares eletrônics ligantes e s nã ligantes se repelem, tendend a ficar tã afastads quant pssível. Sigla em inglês VSEPR Exempl: NH 3 (Amônia) Par de elétrns nã ligante Par de elétrns ligantes

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59 Estad Físic e as Frças (u ligações) Intermleculares Os cmpsts mleculares, a temperatura ambiente, encntramse ns três estads físics; Os sólids mleculares pssuem arranj mlecular rganizad, e cm pequena liberdade de mviment, indicand que neste estad a interaçã é a mair pssível; N estad liquid, grau de liberdade das mléculas aumenta, devid a uma diminuiçã na intensidade das frças intermleculares; N estad gass, a distância entre as mléculas é grande e a sua liberdade de mviment é máxima, evidenciand que nã existem interações entre as mléculas.

60 Pr exempl, água e a acetna. Quand um cmpst mlecular passa d estad sólid para líquid, u d líquid para gass, crre uma desrganizaçã e um afastament de suas mléculas. Smente as frças intermleculares sã rmpidas. Lg, quant mens intensas frem às frças intermleculares, mais vláteis será a substância e menr será a sua temperatura de ebuliçã. Frças Intermleculares sã denminadas de frças de Van der Waals (hmenagem a físic Jhannes Van der Waals): Cnsiste na frça de ligaçã entre as mléculas.

61 Tips de Frças (u ligações) Intermleculares 1. Frças dipl-dipl; 2. Frças dipl induzid-dipl induzid u frças de Van der Waals (u frças de Lndn ); 3. Ligações de hidrgêni.

62 1. Frças dipl-dipl: Sã as frças respnsáveis pela atraçã existente entre as mléculas plares. Ou seja, estas frças sã estabelecidas de md que a extremidade negativa d dipl de uma mlécula, se riente na direçã da extremidade psitiva d dipl de utra mlécula. Pr exempl, δ+ δ- H Cl Esta mlécula é um dipl elétric permanente. Mlécula Plar

63 2. Frças de dipl induzid-dipl induzid u frças de Van der Waals (u Lndn): Sã interações riginadas quand crre aprximaçã entre as mléculas aplares, u átms, prvcand um acúmul de elétrns em uma das extremidades da mlécula. De md que, rigina um dipl instantâne u temprári, n qual irá induzir a frmaçã de dipls nas mléculas vizinhas. Pr exempl, Alguns exempls de substâncias frmadas pr mléculas aplares que interagem pr frças intermleculares dipl induziddipl induzid sã: H 2, O 2, F 2, Cl 2, CO 2, CH 4, C 2 H 4, dentre utras.

64 3. Ligações de hidrgêni: Sã frças de atraçã de natureza elétrica d tip dipl-dipl, prém bem mais intensas. Estas frças crrem quand átm de hidrgêni se liga a átms de flúr, xigêni e nitrgêni, s quais sã átms altamente eletrnegativs, riginand dipl muit acentuad, u seja, intens. Ex: Gel Flc de Neve Gel

65 A tensã superficial é uma das prpriedades referente as ligações de hidrgêni. As mléculas n interir d líquid atraem e sã atraídas pr tdas as mléculas vizinhas, de tal md que as frças se equilibram. N entant, as mléculas da superfície só sã atraídas pelas mléculas de baix e ds lads. Cnseqüentemente, essas mléculas sã atraídas frtemente, criand entã, uma película semelhante a uma película elástica na superfície da água.