Ocorrem ligações químicas quando os átomos se unem e se ligam quimicamente, formando assim as moléculas. Observe: H 2

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1 Introdução Ocorrem ligações químicas quando os átomos se unem e se ligam quimicamente, formando assim as moléculas. Observe: H 2 Essas moléculas se classificam em substâncias simples e substâncias compostas. As substâncias simples possuem atomicidade, ou seja, elas possuem uma quantidade de átomos. Observe os exemplos abaixo: Oxigênio (O 2 ) atomicidade 2 Ozone (O 3 ) atomicidade 3 Hélio (H e ) atomicidade 1, ou seja, átomo isolado As substâncias compostas são formadas por átomos de elementos diferentes, como por exemplo: amônia (NH 3 ) e água (H 2 O). Somente no início do séc. XX surgiram os primeiros modelos consistentes de ligações químicas, quando o químico norte-americano Lewis e o químico alemão Kossel propuseram, respectivamente, as teorias da ligação covalente e da ligação iônica. Alguns pontos comuns podem ser destacados entre essas teorias: a) Só participavam das ligações os elétrons da última camada, posteriormente chamados de elétrons de valência. b) Os átomos ligavam-se obedecendo a uma mesma norma geral: a regra do octeto. Na natureza, os únicos elementos químicos formados por átomos isolados e estáveis são os gases nobres. Foi devido ao fato de esses gases, com exceção do hélio, possuírem

2 oito elétrons na última camada, que surgiu a regra do octeto. Segundo Lewis e Kossel, os gases nobres seriam verdadeiros referenciais de estabilidade para os demais elementos químicos. Assim, os átomos participariam de ligações químicas com uma única meta: adquirir estabilidade semelhante à de um gás nobre. Para tanto, deveriam sofrer modificações em sua eletrosfera, de modo que ficassem com oito elétrons na última camada, como a maioria dos gases nobres. Atualmente, são conhecidas muitas exceções à regra do octeto. A maioria dos metais de transição, por exemplo, não adquire configuração de gás nobre em seus compostos. Por isso, a regra do octeto deve ser encarada como orientação geral, mas não pode ser considerada como lei natural. Conhecendo esse fato, podemos classificar os elementos assim: 1) Metais São aqueles que possuem 1, 2 ou 3 elétrons na camada de valência. A tendência dos metais é perder esses elétrons. Exemplos: a) 19 K: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 19K 1+: 1 s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 b) 20 Ca: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 20Ca 2 +: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 2) Ametais São aqueles que possuem 4, 5, 6 ou 7 elétrons na camada de valência. A tendência dos ametais é receber elétrons. Exemplos: a) 16 S: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 16S 2 : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 b) 9 F: 1s 2 2s 2 2p 5 9F-: 1s 2 2s 2 2p 6

3 Apesar de estar na família 1A, o hidrogênio não é um metal, ou seja, não possui tendência de perder o seu único elétron. Na verdade, o átomo de hidrogênio tende a receber um elétron, ficando, assim, com configuração eletrônica igual à do gás nobre hélio. Como a perda de um elétron originaria um sistema sem elétrons, o íon H + não é estável no estado isolado. Regras do Octeto Ocorrem reações químicas em que participam elementos químicos com estrutura menos estável, porque elementos químicos com estrutura eletrônica menos estável têm tendência a adquirir estrutura mais estável por meio do ganho, da perda ou do compartilhamento de elétrons. A camada de valência é quando o átomo está em seu último nível eletrônico, ou seja, é a última camada do átomo, e os elétrons que, pertencem a essa camada, normalmente estão presentes em alguma ligação química. Gases que possuem 8 elétrons na camada de valência são átomos não-reativos, ou seja, muito estáveis. Para alcançar a 8 elétrons na camada de valência, é necessário que ocorra a reação desses elétrons com outros átomos, como por exemplo, gás hélio que contém apenas 2 elétrons na camada de valência (K), para átomos com essa proximidade atômica é preciso obterem a configuração de um gás nobre(h, Li, Be, B). Com isso surgiu a Regra do Octeto, criada por Lewis e Kossel. Porém a transferência de átomos nem sempre é possível, existem três mecanismos, no qual, o átomo pode obter estabilidade, dividindo-se em três ligações: ligação covalente, ligação iônica, ligação metálica. Ligação iônica ou eletrovalente Quando aparece a ligação iônica A ligação iônica é baseada na atração eletrostática de dois íons com cargas opostas. A ligação iônica aparece quando um átomo tem 1 a 3 elétrons na camada de valência, geralmente dos metais, esses átomos perdem elétrons, fazendo com que se transformem em cátions, sendo assim o número de elétrons ficará menor que o número de prótons.

4 1) Metais São aqueles que possuem 1, 2 ou 3 elétrons na camada de valência. A tendência dos metais é perder esses elétrons. Exemplos: a) 19 K: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 19K 1+:1 s 2 2s 2 2p 6 3s 2 p 6 b) 20 Ca:1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 20Ca 2 +:1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 2) Ametais São aqueles que possuem 4, 5, 6 ou 7 elétrons na camada de valência. A tendência dos ametais é receber elétrons. Exemplos: a) 16 S:1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 16S 2 : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 b) 9 F:1s 2 2s 2 2p 5 9F - :1s 2 2s 2 2p 6 Apesar de estar na família 1A, o hidrogênio não é um metal, ou seja, não possui tendência de perder o seu único elétron. Na verdade, o átomo de hidrogênio tende a receber um elétron, ficando, assim, com configuração eletrônica igual à do gás nobre hélio. Como a perda de um elétron originaria um sistema sem elétrons, lembrando que o íon H + não é estável no estado isolado. A camada de valência dos não metais possuem mais de 4 elétrons, e são propensos a admitir elétrons. O composto é formado pela atração de íons positivos e negativos, que estão presos a atração eletrostática.

5 Observe: Cloreto de potássio Potássio: Z = 19 K L M N Cloro: Z = 17 K L M As ligações químicas também podem ser representadas pelo diagrama de Lewis, observe abaixo: Esses pontos em volta dos símbolos são a representação dos elétrons da valência. Observe como e possível alcançar a fórmula de um composto iônico:

6 O: Z = 8 K L 2 6 Al: Z = 13 K L M átomo O ganha 2 e perde 2 Al átomo Al ganha 3 e perde 3 O-- Fórmula: Al 2 O 3 Portanto o diagrama de Lewis É importante lembrar que um composto iônico é sólido e cristalino quando está em circunstâncias ambientais. Por exemplo, íons de sódio, e cloreto, ambos possuem números iguais de íons. Cristal de cloreto de sódio, ou seja, sal comum A ligação covalente A ligação covalente acontece quando um ou mais pares de elétrons é compartilhado por átomos, fazendo com que eles se atraiam.

7 A ligação dativa ou coordenada acontece quando um par de elétrons é compartilhado por dois átomos, porém os dois elétrons são providos por um dos átomos. Observe: Gás sulfuroso - SO 2 Através da ilustração acima, podemos perceber que ambos (oxigênio e enxofre), possuem 6 elétrons de valência cada um. A ilustração nos mostra também que 1 átomo de enxofre se junta com um se oxigênio, através de dois pares eletrônicos simples. Molécula de enxofre S 8 Ele é formado por um anel de oito átomos de enxofre, no qual, onde cada um realiza 2 ligações simples. Observe abaixo a molécula S8, vista de dois ângulos diferentes.

8 Molécula de fósforo branco P 4 Cada átomo de fósforo constitui 3 ligações simples. Resolução da fórmula molecular do composto, a partir dos números atômicos dos elementos Observe o exemplo abaixo: Como seria a fórmula mais provável do composto formado a partir de um elemento A, com número atômico 7, combinado com um elemento B, com número atômico 9? Vejamos a resolução:

9 Onde: A e B são ligações covalentes. Para ficar com 8 elétrons na camada de valência, é necessário que A faça 3 pares eletrônicos, já o B é necessário fazer apenas 1 par eletrônico, sendo assim a fórmula ficaria assim: AB 3 A ligação covalente conforme a teoria dos orbitais Molécula de hidrogênio H 2 A molécula de hidrogênio é composta por dois átomos deste mesmo elemento. Esses dois átomos compartilham os dois elétrons (compartilhados de forma igual), por isso em um dos elétrons é possível ocorrer uma ligação, devido o compartilhamento de elétrons, os átomos ficam mais estáveis, por estarem com dois átomos na camada de valência. A partir daí, cria-se outra espécie de matéria, denominada molécula, contendo assim propriedades químicas específicas. Com relação aos orbitais, podemos dizer que existem dois orbitais esféricos (1s), se interpenetrando, formando assim um overlap. Já quando esses dois elétrons se compartilharem na mesma região no espaço, irá se formar a orbital molecular Assim sendo, os átomos podem formar ligações por métodos diversos. Tipos de Ligação Ligação Iônica ou Eletrovalente é o tipo de ligação que ocorre entre metal e ametal (ou hidrogênio). Na ligação iônica, teremos transferência definitiva de elétrons, originando cátions e ânions, que sofrem atração eletrostática formando uma substância sólida em condições ambientes (25 C e 1atm). Não existem moléculas nos sólidos iônicos. O que eles apresentam é um conjunto de íons bem organizados, em proporção definida, denominado retículo cristalino.

10 Cloreto de Sódio Sejam as configurações eletrônicas do 11 Na e 17 Cl Na: Cl: Para estabilizar o Na é melhor ganhar 7 elétron ou perder 1 elétron? Será mais conveniente perder 1 elétron. Para o Cl será melhor ganhar 1 elétron. Sendo assim o sódio ficará com a configuração do 10 Ne e o Cl com a do 18 Ar. Quando o n. de elétron é menor que o de prótons o composto é um cátion, mas quando o n. de elétron é maior do que o de prótons o compos to é um ânion. Na ligação iônica, teremos sempre transferência de elétrons. Utilizando o método de Lewis, no qual é representado o último nível eletrônico do átomo ou camada de valência por pontos. Fórmula eletrônica ou de Lewis: Propriedades dos compostos iônicos Um composto é iônico quando apresenta em sua estrutura pelo menos uma ligação iônica, pode ter ligações covalentes. São sólidos cristalinos. Geralmente são solúveis em água, e a solução resultante conduz corrente elétrica.

11 Possuem altas temperaturas de fusão e de ebulição (portanto, resistem ao calor). Por exemplo, o cloreto de sódio tem TF = 800 C e TE = C. Ligação Covalente A ligação covalente ocorre quando há compartilhamento ordenado de pares de elétrons entre os átomos envolvidos. Tal compartilhamento, geralmente, ocorre entre os ametais ou entre esses e o hidrogênio. Observando os exemplos abaixo, podemos notar como o processo ocorre. a) 9 F: 1s 2 2s 2 2p 5 (7 elétrons na camada de valência). Ligação metálica Cristais metálicos Alguns metais apresentam em sua composição minúsculos cristais, que só é possível vê-los com um microscópio. Com relação ao sólido é correto dizer que os átomos ficam bem perto um dos outros, porém organizados variadamente. Observe a configuração eletrônica de alguns metais: Na (Z = 11) (configuração do neônio) 3s 1 Fe (Z = 26) (configuração do neônio) 3p 6 4s 2 Ag (Z =47) (configuração do neônio) 4p 10 5s 1 Podemos dizer que existe uma espécie de nuvem no retículo cristalino metálico, formada por íons positivos com ipedlink1ao redor e orbitais que passam uns pelos outros Propriedades físicas mais características dos metais - os metais são maleáveis, e são capazes de se transformar em lâminas; - os metais são dúcteis, e são capazes de se transformar em fios; - os metais são bons condutores de calor;

12 - os metais refletem quase toda a luz, pelo fato de serem opacos à luz; - os metais possuem alta densidade. Entre outras propriedades, e é importante lembrar que nem todas as propriedades se aplicam a todos os metais. As ligas metálicas são compostas por dois ou mais metais, e pode conter também elementos não metálicos, porém a maior quantidade desses elementos deve ser metálica. Para formar uma liga é necessário fundir os metais, para que eles atinjam um estado líquido propenso para serem misturados. Observe abaixo a composição das ligas mais comuns em nosso cotidiano. Ligas metálicas Aço constituído por Fe (ferro) e C (carbono). Aço inoxidável constituído por Fe (ferro), C (carbono), Cr (cromo) e Ni(níquel). Ouro 18k constituído por 75% de Au (ouro) e 25% de Ag (prata) e/ou Cobre. Já o ouro 24K é constítuido 100% de ouro. Amálgama constituída por Hg (mercúrio), Bronze constituído por Cu (cobre) e Sn (estanho). Latão constituído por Cu (cobre) e Zn (zinco). Ligações químicas 7N: 1s 2 2s 2 2p 3 (5 elétrons na camada de valência). Fórmula de Lewis (eletrônica): são representados apenas os elétrons de valência. b) 1 H: 1s 1 8O: 1 s 2 2s 2 2p 4

13 Nos exemplos, podemos notar que, na formação do par, cada átomo participa com 1 elétron. Quando o compartilhamento é feito dessa forma, dizemos que ocorreu uma ligação covalente comum. Observe agora o caso do monóxido de carbono (CO): Note que há duas ligações covalentes comuns e uma outra representada por uma seta. Esse novo tipo de ligação é chamada de covalente coordenada ou dativa. A ligação dativa ocorre quando apenas um átomo contribui na formação do par. Observação A ligação dativa ocorre quando não há mais possibilidade de realização da covalente comum; então, o átomo isolado com oito elétrons na última camada, e que possui pares isolados, cede um par eletrônico para um outro átomo que precise receber dois elétrons. Características das substâncias covalentes e moleculares. Primeiramente, é importante diferenciar uma substância covalente de uma substância molecular. 1) Substância covalente Sólido cristalino formado somente por ligações covalentes. Formam macromoléculas. Exemplo: diamante C (n) e grafite C (n). 2) Substância molecular São compostos que só apresentam ligações covalentes entre seus

14 átomos, intramoleculares, mas não entre moléculas, intermoleculares. Exemplo: H 2 O, H 2 SO 4 e NO 2 Propriedades dos compostos covalentes ou moleculares Um composto é molecular quando sua estrutura apresentar apenas ligações covalentes. Não possuem íons; possuem moléculas. Baixa condução de corrente elétrica (exceto grafite) quando puras. No entanto, quando em solução aquosa, se houver formação de íons (ionização), passam a conduzir corrente elétrica. Podem ser sólidos, líquidos ou gasosos. Apresentam baixas temperaturas de fusão e de ebulição (não resistem ao calor). Geralmente, são insolúveis em água. A solubilidade em água vai depender da polaridade da molécula.