M13-14: Ligação química: é uma união estabelecida entre átomos para formarem moléculas ou, no caso de ligações iónicas ou metálicas, aglomerados atómicos organizados de forma a constituírem a estrutura básica de uma substância ou composto. Resulta das atrações e repulsões envolvendo eletrões e núcleos atómicos, conferindo ao conjunto de átomos, iões ou moléculas ligadas uma menor energia do que quando separados (ligações intramoleculares). As ligações intramoleculares são mais fortes que as ligações intermoleculares (FT nº 7). Caraterísticas Elementos Iónica Transferência de eletrões Metal H; não metal ou semimetal Covalente Partilha de eletrões H ou não metal H; não metal ou semimetal Metálica Catiões de elementos metálicos envoltos numa nuvem eletrónica Metal Metal Ligação covalente: ocorre quando átomos se ligam com sobreposição das suas nuvens eletrónicas, existindo partilha mútua localizada de pares de eletrões (formam as substâncias moleculares, formadas por moléculas, e as substâncias covalentes, formadas por átomos). Ligação covalente Simples Dupla Tripla Partilha de um par de eletrões Partilha de dois pares de eletrões Partilha de três pares de eletrões Regra do octeto: Quando se estabelece uma ligação química, os átomos recebem, cedem ou partilham eletrões para que o último nível de energia de cada átomo contenha oito eletrões e, assim, adquira a configuração do gás nobre mais próximo na TP. A polaridade de uma ligação traduz-se pela assimetria na distribuição da carga elétrica entre os átomos. Assim, em moléculas diatómicas homonucleares a ligação é apolar enquanto que, em moléculas diatómicas heteronucleares, já é polar. A energia de ligação é a energia libertada quando se forma uma mole de moléculas a partir dos átomos isolados no estado gasoso. O comprimento de ligação é a distância média entre os núcleos de dois átomos ligados na posição de maior estabilidade. Quanto maior for a energia de ligação menor é o comprimento de ligação, logo, mais forte é a ligação e mais estável será a molécula. Com base no modelo da repulsão dos eletrões de valência, é possível deduzir a geometria molecular e a polaridade das respetivas moléculas. 1
As ligações covalentes no átomo de carbono: o átomo de carbono estabelece geralmente ligações covalentes, partilhando os seus 4 eletrões de valência com eletrões de outros átomos. Hidrocarbonetos: são compostos constituídos exclusivamente por átomos de C e de H. Dentro dos compostos orgânicos existem famílias de compostos que contêm grupos funcionais que lhes conferem propriedades físicoquímicas específicas. Ligação metálica (e redes de átomos de metais): os átomos dos metais possuem grande facilidade em ceder eletrões; por isso são constituídos por uma rede de catiões em posições pouco rígidas, rodeados de eletrões livres. Caraterizada pela partilha de eletrões de valência deslocalizados por todos os átomos. Ligação iónica (e redes de iões): carateriza-se por intensas forças de interação eletrostática entre iões de carga contrária formados por transferência de eletrões entre átomos, originando estruturas com caráter iónico. 2
1. O gráfico representa a variação de energia potencial de dois átomos em função da sua distância internuclear para a formação de uma molécula diatómica. 1.1. Indica o que representa a distância da origem 0 ao ponto C. 1.2. O gráfico mostra que a energia potencial do sistema aumenta entre as posições de energia mínima e B. Seleciona a que melhor explica a afirmação anterior. (A) Aumentam as atracões entre os núcleos dos dois átomos. (B) Aumentam as repulsões entre as nuvens eletrónicas dos dois átomos. (C) Diminuem as repulsões entre os núcleos dos dois átomos. (D) Aumenta a distância entre os dois átomos. 1.3. Em relação ao mesmo diagrama, indica a opção falsa. (A) A maior estabilidade possível da molécula é atingida quando Ep=0kJmol -1. (B) Quando se forma a molécula diatómica, esta adquire maior estabilidade do que quando os átomos se encontram separados. (C) O valor apresentado na abcissa do gráfico, correspondente a re é o valor de energia necessário para romper uma mole de ligações na molécula diatómica. (D) Quanto menor a energia potencial da molécula maior é a sua estabilidade. 2. Nas figuras I e II estão representados dois sólidos cristalinos aos quais estão associados dois tipos de ligação química. Considerando-se estas informações, seleciona as opções corretas. (A) A figura II corresponde a um sólido condutor de eletricidade. (B) A figura I corresponde a um sólido condutor de eletricidade. (C) A figura I corresponde a um material que, no estado líquido, é um isolante elétrico. (D) A figura II corresponde a um material que, no estado líquido, é um condutor elétrico. 3. Faz a correspondência correta entre as letras da coluna I e os números da coluna II. Coluna I Coluna II A. Ligação covalente 1. Sem partilha significativa de eletrões B. Ligação iónica 2. Partilha deslocalizada de eletrões C. Ligação metálica 3. Partilha localizada de eletrões D. Ligações intermoleculares 4. Transferência de eletrões 4. As figuras representam, esquematicamente, estruturas de diferentes substâncias, à temperatura ambiente. De acordo com a sequência I, II e III, seleciona das opções a que corresponde à sequência de substâncias correta. (A) Cloreto de sódio, dióxido de carbono e ferro. (B) Cloreto de sódio, ferro e dióxido de carbono. (C) Dióxido de carbono, ferro e cloreto de sódio. (D) Ferro, cloreto de sódio e dióxido de carbono. 5. A molécula de clorofórmio, CHCl3, pode representar-se por um modelo dito de bolas como a figura ilustra. 5.1. Representa a molécula de clorofórmio na notação de Lewis. 5.2. Indica se a regra do octeto é satisfeita. 3
6. As moléculas de fluoreto de hidrogénio, usado no enriquecimento do urânio para a produção de energia nuclear, e os iões cianeto, cujos sais têm larga utilização mas são muito tóxicos, têm, respetivamente, as fórmulas de estrutura apresentadas. Indica, para cada uma das partículas: 6.1. Escreve a estrutura de Lewis do fluoreto de hidrogénio. 6.2. O nº de eletrões representados. 6.3. O nº de eletrões que ocupam a região internuclear. 6.4. O tipo de ligação estabelecida. 6.5. O nº de pares de eletrões não ligantes. 7. Considera as moléculas: Cl2; CO; HF, N2, F2, H2O, H2O2, FNO (fluoreto de nitrosilo), N2H4 (hidrazina) e Cl2CO (fosgénio). 7.1. Representa cada uma delas pela sua fórmula de estrutura, usando notação de Lewis. 7.2. Indica, justificando, as moléculas polares e as apolares. 7.3. Compara e justifica os comprimentos de ligação nas moléculas de Cl2 e F2. 8. Observa os compostos que estão representados pelas suas fórmulas de estrutura. Seleciona as opções corretas. (A) A ligação O-H é sempre polar, porém o composto I é um líquido apolar. (B) A ligação C-Cl é uma ligação polar, mas o composto III é apolar. (C) A Ligação C=O é apolar, portanto, o composto II é apolar. (D) A ligação C=O é polar, mas o composto II é apolar. (E) A ligação N-H é polar e o composto IV é polar. 9. A cada letra da coluna I, associa um nº da coluna II (existem eletrões não ligantes no át. central?) e uma letra da coluna III. Coluna I Coluna II Coluna III A. CCl4 a. Linear B. PH3 1. Sim b. Angular C. SF2 2. Não c. Piramidal D. CS2 d. Tetraédrica 10. O monóxido de carbono, CO, e o dióxido de carbono, CO2, são gases que existem na atmosfera provenientes de fontes naturais e de fontes antropogénicas. A ligação carbono-oxigénio na molécula de CO2 tem energia e comprimento do que a ligação carbono-oxigénio na molécula de CO. (A) Maior maior. (B) Menor menor. 11. Utiliza os dados da tabela para responder às seguintes questões. (C) Menor maior. (D) Maior menor. Molécula Ligação Energia lig (kjmol -1 ) HF H-F 565 HBr H-Br 362 HI H-I 295 11.1. Os comprimentos de ligação de HF, HBr e HI podem ser, respetivamente: (A) 161, 92 e 141 pm. (B) 141, 92 e 161 pm. (C) 92, 141 e 161 pm. (D) 141, 161 e 92 pm. 4
11.2. O comprimento de ligação em HCl é 127 pm. Indica os dois valores da tabela que estabelecem o menor intervalo no qual é espectável que se encontre o valor da energia de ligação do HCl. 12. Segundo a regra do octeto, os átomos tendem a combinar-se de modo a ter, cada um, oito eletrões na sua camada de valência, ficando com a mesma configuração eletrónica de um gás nobre. A regra é aplicável, nomeadamente, ao carbono, nitrogénio, oxigénio e, ainda, a metais como o sódio ou o magnésio. 12.1. Seleciona a opção que representa o tipo de configuração eletrónica de valência de um gás nobre, com exceção do hélio. (A) ns 2 np 6. (B) np 6. (C) ns 2 np 8. (D) np 8. 12.2. O átomo de nitrogénio quando combinado com três átomos de hidrogénio constitui a unidade estrutural do amoníaco (NH3). 12.2.1. Indica o nº de eletrões de valência, ligantes e não ligantes, presentes na molécula de amoníaco. 12.2.2. Representa, com base na regra do octeto, a estrutura de Lewis do amoníaco. 12.2.3. Indica a geometria da molécula. 12.3. Outras combinações entre átomos dão origem a outras substâncias como as da tabela. Substância Dinitrogénio Metano Água Sulfureto de Fluoreto de Brometo de nitrogénio hidrogénio hidrogénio F.M. N2 CH4 H2O H2S HF HBr 12.3.1. Prevê, com base no modelo da repulsão eletrónica, a geometria das moléculas de H2O e H2S. 12.3.2. Relativamente às moléculas da alínea anterior podemos afirmar que: (A) O comprimento da ligação H-O é maior do que o da ligação H-S. (B) O comprimento da ligação H-O é menor do que o da ligação H-S. (C) A energia de ligação H-O é menor do que a da ligação H-S. (D) A energia de ligação H-O é igual à da ligação H-S. 12.3.3. Indica as substâncias polares. 12.3.4. Justifica o facto de HF e HBr, apesar de possuírem fórmulas de estrutura semelhantes, apresentarem comprimentos de ligação 92 pm e 141 pm, respetivamente. 12.3.5. Apresenta a geometria das quatro primeiras substâncias da tabela. 13. Calcula o valor da energia mínima para dissociar 5,0 g de Cl2, sabendo que a energia de ligação no Cl2 é 242 kjmol -1. 14. Considera as moléculas de F2 e de HF. 14.1. Representa as suas fórmulas de estrutura. 14.2. Indica a afirmação que justifica que o comprimento de ligação em F2 seja maior que em HF. (A) A molécula de F2 é apolar e o HF é polar. (B) O átomo de F possui mais eletrões de valência que o átomo de H. (C) A carga nuclear do F é superior à carga nuclear do H. (D) O raio atómico do F é maior que o raio atómico do H. 14.3. Comparando as ligações nas moléculas podemos afirmar que (A) É necessária menos energia para separar os dois átomos em HF. (B) A molécula HF possui mais eletrões ligantes. (C) A energia de ligação é maior em HF. (D) A ligação é mais fraca em HF. 15. Escreve as fórmulas de estrutura dos seguintes compostos: (A) 2,2,4-trimetilpentano. (B) 4-bromo-2-cloro-3-metil-hexano. (C) 3-etil-2,2,3-trimetil-hexano. (D) 2,2-dimetilpentano. (E) 2-cloro-1-fluoropropano. (F) Tetrafluorometano. (G) 2,3-dibromobutano. (H) 1-cloropropano. 5
16. Os principais constituintes do petróleo bruto e do gás natural são compostos orgânicos da família dos alcanos. Indica a afirmação falsa. (A) Os alcanos podem ter ligações carbono-carbono simples e duplas. (B) Um dos átomos de carbono do 2,2-dimetilpropano está ligado a 4 átomos de carbono. (C) Os alcanos são hidrocarbonetos por só conterem átomos de carbono e de hidrogénio. (D) O hexano tem o mesmo nº de átomos de carbono do que o 2,3-dimetilbutano. 17. Indica os nomes dos compostos da figura. 18. Os hidrocarbonetos da figura apresentam a mesma fórmula química. Indica os seus nomes. 19. Considera os quatro hidrocarbonetos da figura. 19.1. Indica os seus nomes IUPAC. 19.2. Identifica um carbono primário, um secundário, um terciário e um quaternário. 20. Na tabela seguinte apresentam-se os valores das energias de ligação entre os átomos de carbono em 3 hidrocarbonetos. Seleciona a opção que contem os valores possíveis para o comprimento de ligação, em pm, das ligações nas moléculas de etano, eteno e etino, respetivamente. (A) 154: 133: 120 (B) 133: 120: 154 (C) 120: 154: 133 (D) 120: 133: 154 6
21. Outras famílias de compostos orgânicos, por possuírem outros átomos, como o oxigénio e o nitrogénio, são de extrema importância a nível de química orgânica. A família de um composto é determinada pelo grupo funcional presente na estrutura da molécula. Considera as seguintes fórmulas de estrutura e seleciona a opção correta para a sequência de famílias. (A) Aldeído álcool cetona ácido carboxílico amina. (B) Cetona aldeído ácido carboxílico álcool amina. (C) Álcool cetona aldeído ácido carboxílico amina. (D) Álcool aldeído cetona ácido carboxílico amina. 22. A dopamina é um composto químico percursor natural dos neurotransmissores adrenalina e noradrenalina produzidos no cérebro. A desregulação desta substância está associada a problemas neuropsiquiátricos, como a doença de Parkinson. 22.1. Indica o nº de grupos funcionais que caraterizam cada uma das famílias de compostos orgânicos por ti estudados. 22.2. Indica o nº de átomos de cada espécie existentes numa molécula e escreve a sua fórmula química. 22.3. Indica o nº de átomos existentes em 250 g de dopamina. 23. O paracetamol é um fármaco usado no alívio de dores ligeiras e moderadas. A sua fórmula de estrutura é a representada na figura seguinte. 23.1. Rodeia com um círculo o grupo caraterístico das aminas. 23.2. Identifica outros grupos caraterísticos de famílias de compostos orgânicos. 23.3. Indica o nº de átomos de hidrogénio e de carbono na molécula de paracetamol. 23.4. Indica, justificando, se o paracetamol é um composto aromático. 24. Identifica os grupos funcionais das seguintes moléculas orgânicas. 7
Soluções rápidas 1. ; Opção (B); Opção (A) 4. Opção (D) 2. Opções (B) e (D) 5. ; Sim 3. A-3; B-4; C-2; D-1 6. ; 8 e 10; 2 e 6; ligação covalente simples polar e ligação covalente tripla polar; 3 e 2. 7. ; Cl2, N2, F2, H2O2 e N2H4 são apolares; A de cloro é superior. 8. Opções (B), (D) e (E) 9. A-2-d; B-1-c; C-1-b; D-2-a 10. Opção (C) 11. Opção (C); Entre 362 e 565 kjmol -1 12. Opção (A); 6 e 2; ; piramidal trigonal; angular; Opção (B); H2O, H2S, HF e HBr; ; linear, tetraédrica, angular e angular. 13. 17 kj 14. ; Opção (D); Opção (C) 15. 16. Opção (A) 17. 1-clorobutano; 2-clorobutano; 1-cloro-2-metilpropano; 2-cloro-2-metilpropano. 18. Heptano; 2-metil-hexano; 3-metil-hexano; 2,3-dimetilpentano; 2,4-dimetilpentano; 3,3-dimetilpentano; 3-etilpentano. 19. 3-metil-hexano; 2,2,3-trimetilpentano; 2,2,4-trimetilpentano; 2,2-dimetil-hexano; 20. Opção (A) 21. Opção (D) 22. 2 hidróxilo e 1 amino; C8H11NO2; 2,16x10 25 átomos. 23. ; -OH e C=O; 8 e 9; Sim. 24. 8