Estrutura Atômica e Ligações Químicas. Conceitos

Tamanho: px

Começar a partir da página:

Download "Estrutura Atômica e Ligações Químicas. Conceitos"

Leonardo Sanches Lobo
6 Há anos
Visualizações:

1 Estrutura Atômica e Ligações Químicas Conceitos

2 Estrutura esquemática do átomo de sódio 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning

3 A dualidade da matéria (partícula/onda) Louis de Broglie: λ h m.v Comprimento de onda h Constante de Planck m massa do e - v velocidade do e -

4 Ondas estacionárias (ressonância) nó crista Corda presa entre dois pontos Membrana de um tambor

5 Vários modos (níveis) de vibração

6 Ondas estacionárias para os elétrons

7 Equação de Schrödinger m. W V. 0 h 2 h Constante de Planck m massa do e - W Energia total do e - V Energia Potencial do e -

8 Equação de Schrödinger (coordenadas cartesianas) V W m z y x 2 h h Constante de Planck m massa do e - W Energia total do e - V Energia Potencial do e -

9 Equação de Schrödinger (coordenadas esféricas) sen r sen 2 m 2 r sen r r sen W V. 0 h 2 h Constante de Planck m massa do e - W Energia total do e - V Energia Potencial do e -

10 Densidade de Probabilidade 2 P. * Densidade de Probabilidade P P. dv V Probabilidade num dado volume

11 Probabilidade de encontrar o elétron numa região do espaço 2 P dv 1s 2s 3s

12 Soluções para o átomo de H Link para programa de visualização

13 Soluções para o H exemplo de orbital 1s: P e P 90 exemplo de orbital 2p: P e P 90 exemplo de orbital 3d: xy e z 2

14 Orbitais eletrônicos para um átomo de H isolado

15 Distribuição eletrônica para o Na 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning

16 Ligações químicas Ligações químicas primárias: Iônica Covalente Metálica Ligações químicas secundárias: Forças de Van der Waals Ligação de hidrogênio

17 Ligação Iônica 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning Quando há grande diferença de eletronegatividade entre átomos.

18 Eletronegatividades 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning

19 Ligação Iônica (cristais iônicos) Os íons se arranjam no espaço devido à atração eletrostática dos íons positivos e negativos Exemplo NaCl (cristal iônico) Link para o modelo

20 Ligação Iônica É forte, com energias entre 150 e 370 kcal/mol Os elétrons estão presos aos íons A ligação não é direcional, mas os cristais não são dúcteis, o material é frágil

21 Condutividade elétrica (isolante) 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning

22 Ligação Iônica (clivagem) Clivagem em cristais iônicos

23 Ligação covalente Compartilhamento de elétrons entre dois átomos

24 Orbitais Moleculares Link para a molécula de H2

25 Ligação Covalente Dá origem a moléculas:

26 Orbitais híbridos Metano Orbitais sp3

27 Ligação Covalente (cristal covalente) Pode dar origem a redes tridimensionais de átomos (cristalinas ou não): Link para a estrutura do diamante

28 Silício

29 Ligação Covalente É forte, com energias entre 125 e 300 kcal/mol Os elétrons estão presos aos átomos É muito direcional, depende das orientações dos orbitais

30 Caráter Iônico em Ligações Covalentes (Nenhuma ligação iônica é 100% iônica ) Definição do caráter iônico de acordo com a eletronegatividade %CI = 100.{1 exp[-0,25(x A -X ) 2 ]} Exemplos Na-Cl: Na = 0,93 Cl = 3,16 %CI = 92,6 % Si-O: Si = 1,8 O = 3,5 %CI = 51,4 %

31 Sílica 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning Figure 2.16 The tetrahedral structure of silica (Si0 2 ), which contains covalent bonds between silicon and oxygen atoms (for Example 2-6)

32 Força e energia de ligação E T E A E R E Fdr F A F R 0 F de dr

33 Cristal Iônico (Forças e Energias) F A E A A r q q r E R F R B n r C r n1 Ex.: Modelo simples de massas e molas para o cristal (só para dois íons) Considerando toda a rede: Modelo de Madelung E i 2 e 4 r 0 0 z i M i M i j r ij z / j r 0 p/ NaCl Mi ~ 1,748

34 Poço de Potencial (Energia de Ligação)

35 Dilatação Térmica e Tf 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning

36 Energia de ligação e Tf

37 T f e CTE

38 Relação com a rigidez (módulo de elasticidade) 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning

39 Relação entre T f e E

40 Ligação Metálica Compartilhamento de elétrons entre TODOS os átomos da estrutura Os elétrons compartilhados são livres para orbitar qualquer átomo. Forma-se um mar ou nuvem de elétrons livres.

41 Ligação Metálica É relativamente forte, energias entre 25 e 200 kcal/mol Os elétrons são livres A ligação não é direcional Obs.: Pode haver algum caráter covalente ou iônico Ex.: Sn, metais de transição, compostos intermetálicos

42 Condutividade elétrica 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning

43 Ligações Secundárias Ocorrem entre átomos que já estabeleceram ligações primárias, por exemplo, entre moléculas (ligação intermolecular) São fracas, com energias de 0,7 a 7 kcal/mol São de origem eletrostática, entre moléculas polares ou devido à flutuação eletrônica de moléculas apolares Sem direcionalidade

44 Ligações Secundárias Forças de Van der Waals Energias de até 6 kcal/mol Ocorre basicamente de duas formas Com a presença de dipolos (moléculas polares) 0,2 a 6 kcal/mol Ex.: HCl Pela formação de dipolos instantâneos e induzidos (Forças de London), são as mais fracas < 0,2 kcal/mol Ex.: Alcanos

45 Temperaturas de fusão e vaporização em alcanos T (oc) T fusão T vapor T amb Número de Carbonos

46 Plasticidade em Polímeros 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning

47 Ligações Secundárias Ligação de hidrogênio Quando existem pares O-H, N-H ou F-H na estrutura É a mais forte das secundárias, com energias de 3 a 9 kcal/mol Ex.: H 2 O

48 Ligação de hidrogênio 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning

49 Outro exemplo da presença de ligações secundárias Grafita Link para a estrutura da grafita

50 Outro exemplo da presença de ligações secundárias Caulinita (argilomineral)

51 Recordando: Energia de ligação

52 As ligações químicas e os materiais Cerâmicas Polímeros Metais

53 Bibliografia Callister, William D. Ciência e Engenharia de Materiais, 7a ed., LTC, Rio de Janeiro, 2008 Callister, William D. Fundamentos da Ciência e Engenharia de Materiais, 2a ed., LTC, Rio de Janeiro, 2006 Askeland, Donald R. Ciência e Engenharia dos Materiais, Cengage Learning, São Paulo, 2008 Smith, William F. Princípios de Ciência e Engenharia de Materiais, 3a ed., Mc-Graw- Hill, Lisboa, 1998

Documentos relacionados

Aula 5: Propriedades e Ligação Química

Aula 5: Propriedades e Ligação Química Relacionar o tipo de ligação química com as propriedades dos materiais Um entendimento de muitas propriedades físicas dos materiais é previsto através do conhecimento