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2º Aula Ligação Química Objetivos de aprendizagem Ao término desta aula vocês serão capazes de conhecer os principais tipos de ligações químicas representar graficamente as ligações iônicas e covalentes Carosas alunosas Nesta aula iremos estudar uma das forças que unem os átomos formando moléculas corpos e assim por diante são as ligações químicas Na seção 1 discutiremos os aspectos conceituais Enquanto que na seção 2 será tratada a formação das mesmas as fórmulas químicas as estruturas de Lewis e a regra do octeto As ligações covalentes serão estudadas na seção 3 também demonstrando com o auxílio das estruturas de Lewis a formação das ligações do tipo múltipla normal e coordenada ou dativa e a ressonância E por fim na seção 4 serão abordadas as ligações metálicas apresentando as propriedades dos metais e as relacionando com a tabela periódica Ainda serão abordadas as forças das ligações os principais aspectos das nuvens eletrônicas e as propriedades das ligas metálicas Bons estudos 17 Química Geral e Experimental 16 Seções de estudo 1 Conceito de ligação química 2 Ligação iônica 3 Ligação covalente 4 Ligação metálica 1 Conceito de ligação química Uma das forças que unem os átomos é denominada de ligação química Uma das condições para que as ligações químicas ocorram é que os átomos reajam entre si As ligações mais fortes são as iônicas e covalentes RUSSELL SANIOTO 1982 onde unem moléculas formando agrupamentos de átomos ou sólidos iônicos São grandes estruturas formadas por ligação eletrostáticas sendo eletricamente neutras nesse caso as forças de atração se sobrepõem as de repulsão Na realidade as ligações não são em geral puramente covalentes ou iônicas mas sim ligações com ambas as características Podese interpretálas como ligações de um determinado tipo a fim de simplificar análises sem prejudicá las De modo geral abordaremos as ligações iônicas covalentes covalentes dativas e as ligações metálicas A seguir os principais tipos de ligações químicas serão expostos de forma introdutória A ligação iônica também é chamada de ligação eletrovalente Esta é realizada com íons na presença de cátions e ânions ATKINS JONES 2012 E os íons por sua vez são os átomos com cargas elétricas perdidas ou acrescentadas Um cátion perde um ou mais elétrons enquanto um ânion os recebe Como cargas positivas e negativas se atraem é formado um composto iônico pela chamada interação eletrostática Um composto iônico comum é o cloreto de sódio mais conhecido por sal de cozinha Observe a representação estrutural de Lewis e a estrutura em três dimensões na Figura 21 Figura 21 Ligação iônica Fonte httpprofessorpucgoiasedubrSiteDocente adminarquivosUpload6739materialAula20420LigaC3A7C3B5es20 quC3ADmicaspdf Acesso em 21062018 Na ligação covalente ocorre o compartilhamento de elétrons Apenas desse modo se tornam estáveis o que não ocorre nas ligações iônicas pois nesse caso há a perda ou o ganho de elétrons O compartilhamento dos elétrons é feito aos pares por isso são denominados de pares eletrônicos ATKINS JONES 2012 Como veremos adiante cada par pode ser representado por um traço conforme a notação adotada A ligação covalente dativa ou coordenada ocorre quando cada par eletrônico possui um mesmo elétron em um dos átomos Figura 22 Figura 22 Ligação covalente Fonte httpwwwquimicalegalcomligacoes quimicasexerciciosresolvidosparte1 Acesso em 21062018 E as ligações metálicas ocorrem nos materiais eletropositivos veja a aula 1 bons condutores de energia ou seja ocorre nos metais BROWN et al 2005 Isso significa que tendem a formar cátions perdendo elétrons da camada de valência Como essa tendência de perda de elétrons ocorre entre todos os átomos na respectiva ligação é formada uma nuvem eletrônica que mantém a união dos mesmos Figura 23 Figura 23 Ligação metálica Fonte httpclubedaquimicablogspot com201708ligacaometalicaligacaometalicaehtml Acesso em 21062018 O mar de elétrons formado é o que facilita a condução de energia 2 Ligação iônica Entre íons com cargas opostas ocorre atração eletrostática assim como cargas iguais provocam a repulsão Para a formação dos íons existem variações de energia o que influencia também suas formas de interação Formação das ligações iônicas Considere inicialmente a formação de um cátion por um átomo qualquer M no estado gasoso g o que implica em considerar que esteja isolado MORAES et al 2008 RUSSELL SANIOTO 1982 O átomo é um metal de modo que possui a tendência em perder elétrons o que significa que a sua energia de ionização é baixa Com isso dispõese Observe que o elétron localizase no lado direto do processo por ser tratar de um elétron cedido pelo elemento Mg E admita a existência de um átomo X nãometal isto é com grande tendência em receber elétrons eletroafinidade negativa e formar um ânion MORAES et al 2008 RUSSELL SANIOTO 1982 18 17 Repare que como o ânion recebe elétrons o elétron e está presente no lado esquerdo do processo Veja que ambos os processos isolados podem ser reunidos e descritos por um único processo Cargas eletricamente opostas se atraem enquanto que cargas eletricamente iguais se repelem atração coulômbica Então o cátion Mg e o ânion X g se atraem formando um par iônico Essa ligação é dita do tipo iônico Veja novamente a figura 21 em que os íons Na e Cl são ordenados em três dimensões e não simplesmente como um par assim como apresentado no exemplo genérico anterior Nesse caso cada Na possui seis Cl ao redor e cada Cl é rodeado por seis Na Segundo Shriver e Atkins 2008 em um sólido iônico todos os cátions interagem de forma mutua aproximadamente com todos os ânions enquanto aproximadamente todos os ânions e todos os cátions se repelem Tratase de um arranjo uniforme de cátions e ânions empacotados sendo que os sólidos iônicos são cristalinos constituídos por partículas regularmente empacotadas Fórmula molecular eletrônica e estrutural plana As moléculas são representadas por formulas químicas em três tipos a molecular eletrônica e a estrutural plana A notação mais simples é a fórmula molecular que somente indica a quantidade de átomos de cada elemento químico da molécula A fórmula eletrônica será abordada com maiores detalhes a seguir estrutura de Lewis visualizada na Figura 21 e 22 onde demonstra uma maior quantidade de informações relativas a molécula e a ligação química além da quantidade de átomos Também demonstram a quantidade de elétrons da camada de valência e os elétrons doados ou recebidos ligação iônica ou compartilhados ligação covalente E nas fórmulas do tipo estrutural plana cada par de elétrons compartilhados é representado por um traço podendo ser mais de um traço em ligações múltiplas veja a seção 3 Estruturas de Lewis O químico Gilbert Newton Lewis 18751946 criou uma representação das ligações químicas denotando os elementos os elétrons e o tipo da ligação RUSSELL SANIOTO 1982 Essa notação é denominada de estrutura de Lewis Tratase do símbolo químico rodeado por pontos ou x denotando os elétrons da camada de valência correspondente Por exemplo a estrutura de Lewis para o cloro que possui sete elétrons na camada de valência é A configuração eletrônica do magnésio é Na estrutura de Lewis apenas os dois elétrons da camada 3 e do subnível s são representados O símbolo denota o núcleo enquanto que a distribuição dos pontos representa graficamente a última camada onde estão dispostos os elétrons Frequentemente os pares de elétrons de um determinado subnível são representados separadamente do átomo isolado em outro subnível contudo esta regra pode variar Nas estruturas de Lewis as representações são relativas apenas as configurações originais Não são representados os elétrons da última camada após adquirir a estabilidade necessária com a regra do octeto que será demonstrada a seguir No caso de um composto iônico a notação é dada pela representação conjunta das notações na forma individual com ou sem a utilização de vírgula isto é Isso indica a proporção entre os íons e não a quantidade de átomos em que ocorrem as ligações Regra do octeto Os átomos dos gases nobres são estáveis por natureza Com exceção do hélio todos possuem oito elétrons em suas camadas de valência As ligações entre os átomos tendem a atingir essa configuração Por exemplo os nãometais possuem a tendência de ganhar elétrons portanto irá recebê los até o octeto ser completado A tendência é adquirir a configuração eletrônica do gás nobre que o sucede na tabela periódica No caso do cloro há o recebimento de um elétron adquirindo a configuração do argônio Quando isso ocorre dizse que os elementos são isoeletrônicos No caso dos metais a tendência é contrária devido à baixa energia de ionização Então ocorre a perda de elétrons e consequente a formação de um cátion com a mesma configuração eletrônica do gás nobre que o precede na tabela periódica FELTRE 2005 Pouca energia é necessária para que isso ocorra devido a característica própria desses elementos Por exemplo o sódio perde um elétron para se tornar isoeletrônico ao neônio A tendência de adquirir a configuração eletrônica de um gás nobre com a estabilidade adquirida pela regra do octeto possui exceções MAHAN 1995 como ocorre nos metais de póstransição em que pode restar alguns elétrons na camada de valência e nos metais de transição em que podem perder os elétrons de valência além de elétrons de camadas anteriores Conforme a regra do octeto o sódio Na com carga negativa tende a perder um elétron para o cloro Cl o que resulta em íons mais estáveis que os iniciais assim Devido à alta energia de ionização do sódio ele só pode perder um elétron por vez Então no caso do óxido de sódio em que são cedidos dois elétrons pelo sódio ao oxigênio a representação da estrutura de Lewis é Os colchetes indicam a existência do ânion demonstrando que foram recebidos dois elétrons em relação a sua configuração eletrônica original RUSSELL 19 Química Geral e Experimental 18 SANIOTO 1982 Ambos os termos também podem ser escritos separados por uma vírgula Exemplo ligação iônica do cloreto de sódio Escreva a estrutura de Lewis para o cloreto de cálcio RUSSELL SANIOTO 1982 Solução O cálcio possui dois elétrons de valência pois pertence ao grupo IIA e o cloro pertence ao grupo VIIA sendo que para formar o cloreto de cálcio é preciso que o cálcio perca dois elétrons para o cloro formando um cátion e um ânion Assim conforme a estrutura de Lewis temse 3 Ligação covalente Como vimos inicialmente no tipo de ligação covalente os elétrons não são doados ou recebidos mas sim compartilhados pois nesse caso a tendência de troca de elétrons entre os átomos é a mesma As diferenças de eletroafinidade ou de energia de ionização que controlam as ligações iônicas não ocorrem nas ligações covalentes Na molécula H2 os pares eletrônicos são compartilhados como vemos na estrutura de Lewis a seguir O par compartilhado é disposto entre os dois átomos enquanto que os outros elétrons que não participam da ligação são dispostos ao redor A ligação HF constitui no total 8 elétrons para o Flúor e dois para o hidrogênio onde um elétron de cada elemento é compartilhado A camada de valência do hidrogênio apenas pode receber 2 elétrons o que o torna isoeletrônico ao Hélio BUENO OLIVEIRA 2015 RUSSELL SANIOTO 1982 Segundo Moraes et al 2008 a representação da estrutura de Lewis segue o procedimento de primeiro determinar a quantidade total de elétrons a serem representados Para isso mensurase a quantidade de elétrons de valência em cada átomo e depois é verificada a quantidade de átomos necessária para que a regra do octeto seja satisfeita Dessa forma mensurase os átomos compartilhados das respectivas camadas de valência Conforme a estrutura da molécula é disposta a maneira como cada um dos átomos se relacionaram sendo averiguada a quantidade máxima de elétrons necessária para se tornarem estáveis Por exemplo no metano CH4 se um dos átomos de hidrogênio não fosse ligado ao átomo de carbono implicaria em mais de dois elétrons na camada K do hidrogênio como já sabemos não é possível A estrutura do sulfato de amônio é dada por a fórmula química a seguir é do tipo estrutural plana Quando há um par de elétrons compartilhados denominase ligação simples A ligação dupla ocorre quando são compartilhados dois pares de elétrons E a ligação tripla ocorre quando são compartilhados três pares de elétrons As ligações simples são representadas por as ligações duplas por e as ligações triplas por Nessa notação cada linha representa um par de elétrons fórmula estrutural plana A ocorrência de ligações duplas e triplas são denominadas de ligações múltiplas O número de pares de elétrons compartilhados é chamado de ordem de ligação logo em e as ordens de ligação são 1 2 e 3 respectivamente Exemplo ligação covalente para a amônia Escreva a estrutura de Lewis para a molécula de amônia RUSSELL SANIOTO 1982 Solução Com a representação de Lewis podese entender as ligações na molécula de amônia com maior facilidade Como o átomo de hidrogênio apenas necessita de mais um elétron para tornálo estável o átomo de nitrogênio precisa de três átomos para completar o seu octeto E desse modo é mais conveniente a representação do nitrogênio no centro com os hidrogênios ao redor Com isso os seis átomos restantes do nitrogênio são compartilhados com os hidrogênios e o octeto é completado com O par acima do nitrogênio é chamado de par solitário contudo também compõe o octeto Ligação covalente dativa Quando cada átomo de uma ligação covalente contribui com um elétron de um par compartilhado a ligação é covalente do tipo normal como estudamos anteriormente mas quando um único átomo contribui com mais de um elétron nos pares compartilhados a ligação é denominada ligação covalente dativa ou covalente coordenada Por exemplo 20 E recomendado sempre utilizar a regra do octeto pata equivalentes Portanto as estruturas de Lewis que denotam realizar a distribuicao dos elétrons nas ligacdes Entretanto um hibrido de ressonancia sao sempre necessdrio mantetse atento as excegdes nas 0O0 O066 quais ocorre a chamada expansao da camada de valéncia Repare que acima apenas foram trocadas as posicdes onde podem ocupat outros orbitais além dos necessarios das ligacées simples e dupla onde cada um destes Atomos para completar o octeto Assim como também ocorre da possuem 6 elétrons na camada de valéncia O oxigénio camada de valéncia de um atomo possuir menos elétrons que pettence ao Grupo 76 da tabela periddica O necessatio pata satisfazer a regra do octeto situagdes do y ZIK6 Pcl do BF pot exemplo respectivamente main gacdo metalica As Ressonancia a Os metais que encontramos na tabela periddica sao Ligagdes entre os mesmos elementos quimicos podem lo E a prata o ouro o ferro e o cobre por exemplo E estes possuir diferentes posides para um tipo de ligacdo covalente prata ae P P possuem algumas das caracteristicas que estudamos na aula 1 Por exemplo N OF pode ter as formulas de Lewis na seguinte a sao elementos brilhantes ou seja quando iluminados emitem forma Jaq brilho geralmente sao densos possuem alto ponto de fusao 8 Or a I 0 8 al 0 a maioria sao encontrados no estado sdlido uma excecao l l r o mercurio onde embora seja brilhante e relativamente 0NO ON0 0N0 denso na temperatura ambiente é encontrado no estado a e ai on iy cc liquido outra caracteristica importante é que sao deformaveis ye Le Coe oa moldados em diferentes formas maleaveis e ducteis Figura As trés ligagdes acima sao idénticas Apesar disso 0 iculatidade d ws deo d a falh R sopriedad te 23 contudo a principal particularidade dos metais é que n mo aa emons ase o pois as propneda es re sao bons condutores de eletricidade BRADY e a 2011 as ligacdes simples e duplas variam Uma maneira mais DUARTE 2001 apropriada a juncdo dessas estruturas em uma unica dessa maneira cada ligagao devera ser representada com war 7 propriedades intermediarias entre ligacdes simples e duplas Podese afirmar entéo que a ressonancia é resultante da representacao da junao de estruturas idénticas com ligagdes do mesmo tipo em diferentes posigdes de modo a unir as Figura 23 Ductilidade e maleabilidade Fonte httpsarcestariufsfiles propriedades de ambas wordpresscom201011teoriadasbandasemmetaispdf Acesso em Oselétrons que teoricamente ocupam diferentes posicdes 2362078 nas estruturas so chamados de elétrons deslocalizados Esses ae le dif d Quando é aplicada uma diferenga de potencial a um elétrons sao diferentes dos restantes por nao se restringirem a eer a P 8 material de metal devido a existéncia do mar de elétrons estes uma determinada localizacao a um par de atomos especificos ys oo tendem a transportar a corrente elétrica com facilidade como pois distribuemse a varios pares na molécula A ressonancia a oe Coe pode ser visualizado na Figura 24 contribui na diminuicdo da energia total na molécula Em oe a a geral isso é influenciado em grande parte pelas estruturas de menor energia Entao podese conduzir uma definicao mais a ES abrangente de ressondncia com base em suas propriedades ap na molécula ou seja em moléculas com o mesmo artanjo dos eee ee a ee atomos Porém com diferentes disposigdes dos elétrons a As soy Voltage 9 5 ressonancia consiste em uma fusa4o de estruturas distribuindo Sie a en ee es as propriedades de ligagdes multiplas e abaixando a energia ATKINS JONES 2012 BROWN et al 2005 SHRIVER ee ATKINS 2008 a Exemplo escrevet uma estrutura de ressonancia Figura 24 Conducdo de energia Fonte httpsarcestariufsfileswordpress O oz6nio da estratosfer a Os tem uma contribui ca O com201011teoriadasbandasemmetaispdf Acesso em 23062018 eee para awa na oe co o abso a radiacao Imagine por exemplo um metal sdlido um agrupamento utur pe ns ve len preyu tL vinda do So et uas este i de 4tomos ao redor dos quais ha uma nuvem elettdnica i e ka 5 On nde pata a estructura de meee ne d a Entre esses 4tomos ocorte o compartilhamento de elétrons Ui mofecula a OS caclos experimentats mosttam que as cuas por meio de ligagées fracas se movimentam entre as nuvens ligag6es tem o mesmo comprimento ATKINS JONES i sO eletrénicas de forma fluente devido a fraca atracdo entre os elétrons da camada de valéncia e o nticleo FELTRE 2005 s ye SolucSo Ha de fato um mar de eletrons ee isso que toma os materiais metdlicos maleaveis pois a aplicacao de tensdes em C Para determinat a estrutura de ressonancia da molécula corpos tigidos provoca a quebra relativamente instantanea O podese simplesmente trocar as posides das ligacdes na das ligacdes Todavia os elétrons fornecem certa resisténcia estrutura de Lewis e verificar a existéncia de outras estruturas a ruptura dessas lisacdes entre os 4tomos Quimica Geral e Experimental 20 maiores que os atomos de carbono estes nao podem Nucleo e substituir os atomos de ferro no reticulo cristalino Uma a eS teed forma alternativa de organizagao éa ocupaao dos espagos interna vazios entre os 4tomos maiores Essas ligas apresentam maior dureza e resisténcia do que o metal de raio at6mico maior Elétrons nm no estado puro Observando que pata as ligas intersticiais externos i wi a aN ocorterem necessatio que o raio atomico do elemento moveis SS menor seja inferior a 60 do raio atomico do elemento maior ll SUSSUCHI OLIVEIRA sd w oF Ries oe Figura 23 Mar de elétrons Fonte httpsarcestariufsfileswordpress p Retomando a aula com201011teoriadasbandasemmetaispdf Acesso em 23062018 Os elementos com pouco ou nenhum atomo restante para completar 0 octeto da camada de valencia dificilmente compartilharao elétrons devido a alta eletronegatividade que apresentam of gases nobres Uma propriedade importante Chegamos ao final da nossa aula Vamos recordar que o raio atOmico aumenta de cima para baixo e da direita para a esquerda e quanto maior o tamanho dos atomos mais elétrons possui e maior a quantidade de camadas L eletronicas Por conseguinte menor é a atragao entre os 1 Conceito de ligacio quimica elétrons e o nucleo Nesses casos a energia de ionizagao é baixa os elementos metalicos possuem alta tendéncia em se Nesta seco vimos que as forcas que unem os 4tomos tornarem cations Os elementos do grupo 16 calcogénios e sao as ligacdes quimicas As principais ligagdes sao as idnicas 17 halogénios da tabela periddica nos extremos supetiores as covalentes e as metalicas Na realidade as ligagdes nao sao séo Os que aptesentam a menor quantidade de propriedades puramente de um tipo ou de outro mas possuem caracteristicas metalicas Note que apesar de nao se tratarem de metais de ambos os tipos A principal caracteristica das ligacdes a maior parte da tabela periddica é composta por metais idnicas é que sao formadas por interagoes eletrostaticas como podendose mencionar a maioria dos elementos com ocotte no cloreto de sddio NaC Nas ligacdes covalentes diferentes intensidades das propriedades de natureza metilica ocorre o compartilhamento de elétrons aos pares E por fim as ligagdes metalicas ocorrem em elementos eletropositivos e Ligas metalicas bons condutores de energia os metais A mistura de dois ou mais metais formam as ligas metalicas comumente empregadas em construces civis em 2 Ligac4o idnica meios de transporte e na industria eletronica As ligas podem ser homogéneas ou heterogéneas No primeiro caso os atomos As catgas opostas se atraem as cargas eletricamente de diferentes elementos sao distribuidos de modo uniforme 8U4S Se repelem Com base nesse principio formamse os como ocotte no latao e no bronze Ja as ligas heterogéneas fons devido a troca de elétrons Nessas condides a ligacao sao formadas por composicées diferentes de misturas de fases quimica do tipo idnica ocorre entre metais ametais cristalinas como verificase na solda estanhochumbo ou na As formulas quimicas sao dos tipos molecular eletronica amdlgama de mercurio utilizada pelos dentistas USSUCHI estrutura de Lewis estrutural plana A estrutura de Lewis OLIVEIRA sd aplicase a todos os tipos de ligagoes tonicas ou covalentes O Devido os atomos de metais possufrem diferentes elemento quimico representa nucleo do atomo os Pontos tamanhos raios atémicos existe 0 problema da disposicio ou x ao tedor denotam os elétrons da camada de valéncia destes elementos 0 que nao ocorre com o metal puro Escrevese um composto idnico com os seus elementos por exemplo Os metais pertencentes ao bloco d da tabela separados por colchetes A regra do octeto tem a fungao de petiddica possuem aproximadamente 0 mesmo tamanho guiar a definicdo dos elétrons que estao envolvidos na ligagao Nessas circunstancias esse problema é de facil solugao Isso onde menciona que sao necessarios oito elétrons para o ocorre nas moedas de cobre que na realidade sao compostas dtomo tornarse estavel por cobre e zinco Pot possuirem o mesmo tamanho e 3 Ligacio covalente propriedades eletrdnicas semelhantes podem se substituir no cristal formado Quando isso ocorte a liga é substitucional Nesta secao estudamos que em ligagdes covalentes os onde apresenta elevada resisténcia fisica dureza e menor Atomos sao compartilhados e nao doados ou cedidos como condutividade elétrica em comparagaéo aos metais purtos anteriormente A eletroafinidade nao define a forma de MORAES ef a 2008 SHRIVER ATKINS 2008 compartilhamento de elétrons como acontece na ttoca de Na chamada liga intersticial os 4tomos suficientemente elétrons em uma lizacao idnica O hidrogénio por exemplo pequenos se acomodam no espaco existente entre os 4tomos apenas pode receber dois elétrons pata adquitit a estabilidade maiores Por exemplo na liga de ago ha menos de 2 de necessaria tornandose isoeletr6nico ao gas Hélio Nesse catbono Como os atomos de ferro sao consideravelmente caso um pat de elétrons compartilhados denominase 21 ligação simples dois pares é uma ligação dupla e três pares uma ligação tripla A ligação covalente dativa ocorre quando um único átomo contribui com mais de um elétron no par compartilhado E a ressonância é a fusão de estruturas idênticas com diferentes disposições dos elétrons onde as propriedades se distribuem ao longo da estrutura e ocorre o abaixamento da energia 4 Ligação metálica São formadas por metais elementos brilhantes geralmente densos com alto ponto de fusão frequentemente encontrados no estado sólido a exceção é o mercúrio maleáveis dúcteis e excelentes condutes de eletricidade Por sua vez as ligações metálicas consistem em agrupamentos de átomos com a nuvem eletrônica ao redor composta por elétrons Também estudamos que cada elemento químico pode ser analisado de forma individual por meio das propriedades da tabela periódica conhecendo suas características de variação nos períodos e famílias HIBRIDIZAÇÃO Disponível em httpbreakingifesblogspot com2014101html Vale a pena acessar Disponível em httpswwwyoutubecom watchvPttDYeNjjQ Disponível em httpswwwyoutubecom watchvFWxQPvhstxc Disponível em httpswwwyoutubecom watchv1zD2FiaMc Disponível em httpswwwyoutubecom watchvZFnEdCpEU6E Vale a pena assistir Vale a pena Minhas anotações 23
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2º Aula Ligação Química Objetivos de aprendizagem Ao término desta aula vocês serão capazes de conhecer os principais tipos de ligações químicas representar graficamente as ligações iônicas e covalentes Carosas alunosas Nesta aula iremos estudar uma das forças que unem os átomos formando moléculas corpos e assim por diante são as ligações químicas Na seção 1 discutiremos os aspectos conceituais Enquanto que na seção 2 será tratada a formação das mesmas as fórmulas químicas as estruturas de Lewis e a regra do octeto As ligações covalentes serão estudadas na seção 3 também demonstrando com o auxílio das estruturas de Lewis a formação das ligações do tipo múltipla normal e coordenada ou dativa e a ressonância E por fim na seção 4 serão abordadas as ligações metálicas apresentando as propriedades dos metais e as relacionando com a tabela periódica Ainda serão abordadas as forças das ligações os principais aspectos das nuvens eletrônicas e as propriedades das ligas metálicas Bons estudos 17 Química Geral e Experimental 16 Seções de estudo 1 Conceito de ligação química 2 Ligação iônica 3 Ligação covalente 4 Ligação metálica 1 Conceito de ligação química Uma das forças que unem os átomos é denominada de ligação química Uma das condições para que as ligações químicas ocorram é que os átomos reajam entre si As ligações mais fortes são as iônicas e covalentes RUSSELL SANIOTO 1982 onde unem moléculas formando agrupamentos de átomos ou sólidos iônicos São grandes estruturas formadas por ligação eletrostáticas sendo eletricamente neutras nesse caso as forças de atração se sobrepõem as de repulsão Na realidade as ligações não são em geral puramente covalentes ou iônicas mas sim ligações com ambas as características Podese interpretálas como ligações de um determinado tipo a fim de simplificar análises sem prejudicá las De modo geral abordaremos as ligações iônicas covalentes covalentes dativas e as ligações metálicas A seguir os principais tipos de ligações químicas serão expostos de forma introdutória A ligação iônica também é chamada de ligação eletrovalente Esta é realizada com íons na presença de cátions e ânions ATKINS JONES 2012 E os íons por sua vez são os átomos com cargas elétricas perdidas ou acrescentadas Um cátion perde um ou mais elétrons enquanto um ânion os recebe Como cargas positivas e negativas se atraem é formado um composto iônico pela chamada interação eletrostática Um composto iônico comum é o cloreto de sódio mais conhecido por sal de cozinha Observe a representação estrutural de Lewis e a estrutura em três dimensões na Figura 21 Figura 21 Ligação iônica Fonte httpprofessorpucgoiasedubrSiteDocente adminarquivosUpload6739materialAula20420LigaC3A7C3B5es20 quC3ADmicaspdf Acesso em 21062018 Na ligação covalente ocorre o compartilhamento de elétrons Apenas desse modo se tornam estáveis o que não ocorre nas ligações iônicas pois nesse caso há a perda ou o ganho de elétrons O compartilhamento dos elétrons é feito aos pares por isso são denominados de pares eletrônicos ATKINS JONES 2012 Como veremos adiante cada par pode ser representado por um traço conforme a notação adotada A ligação covalente dativa ou coordenada ocorre quando cada par eletrônico possui um mesmo elétron em um dos átomos Figura 22 Figura 22 Ligação covalente Fonte httpwwwquimicalegalcomligacoes quimicasexerciciosresolvidosparte1 Acesso em 21062018 E as ligações metálicas ocorrem nos materiais eletropositivos veja a aula 1 bons condutores de energia ou seja ocorre nos metais BROWN et al 2005 Isso significa que tendem a formar cátions perdendo elétrons da camada de valência Como essa tendência de perda de elétrons ocorre entre todos os átomos na respectiva ligação é formada uma nuvem eletrônica que mantém a união dos mesmos Figura 23 Figura 23 Ligação metálica Fonte httpclubedaquimicablogspot com201708ligacaometalicaligacaometalicaehtml Acesso em 21062018 O mar de elétrons formado é o que facilita a condução de energia 2 Ligação iônica Entre íons com cargas opostas ocorre atração eletrostática assim como cargas iguais provocam a repulsão Para a formação dos íons existem variações de energia o que influencia também suas formas de interação Formação das ligações iônicas Considere inicialmente a formação de um cátion por um átomo qualquer M no estado gasoso g o que implica em considerar que esteja isolado MORAES et al 2008 RUSSELL SANIOTO 1982 O átomo é um metal de modo que possui a tendência em perder elétrons o que significa que a sua energia de ionização é baixa Com isso dispõese Observe que o elétron localizase no lado direto do processo por ser tratar de um elétron cedido pelo elemento Mg E admita a existência de um átomo X nãometal isto é com grande tendência em receber elétrons eletroafinidade negativa e formar um ânion MORAES et al 2008 RUSSELL SANIOTO 1982 18 17 Repare que como o ânion recebe elétrons o elétron e está presente no lado esquerdo do processo Veja que ambos os processos isolados podem ser reunidos e descritos por um único processo Cargas eletricamente opostas se atraem enquanto que cargas eletricamente iguais se repelem atração coulômbica Então o cátion Mg e o ânion X g se atraem formando um par iônico Essa ligação é dita do tipo iônico Veja novamente a figura 21 em que os íons Na e Cl são ordenados em três dimensões e não simplesmente como um par assim como apresentado no exemplo genérico anterior Nesse caso cada Na possui seis Cl ao redor e cada Cl é rodeado por seis Na Segundo Shriver e Atkins 2008 em um sólido iônico todos os cátions interagem de forma mutua aproximadamente com todos os ânions enquanto aproximadamente todos os ânions e todos os cátions se repelem Tratase de um arranjo uniforme de cátions e ânions empacotados sendo que os sólidos iônicos são cristalinos constituídos por partículas regularmente empacotadas Fórmula molecular eletrônica e estrutural plana As moléculas são representadas por formulas químicas em três tipos a molecular eletrônica e a estrutural plana A notação mais simples é a fórmula molecular que somente indica a quantidade de átomos de cada elemento químico da molécula A fórmula eletrônica será abordada com maiores detalhes a seguir estrutura de Lewis visualizada na Figura 21 e 22 onde demonstra uma maior quantidade de informações relativas a molécula e a ligação química além da quantidade de átomos Também demonstram a quantidade de elétrons da camada de valência e os elétrons doados ou recebidos ligação iônica ou compartilhados ligação covalente E nas fórmulas do tipo estrutural plana cada par de elétrons compartilhados é representado por um traço podendo ser mais de um traço em ligações múltiplas veja a seção 3 Estruturas de Lewis O químico Gilbert Newton Lewis 18751946 criou uma representação das ligações químicas denotando os elementos os elétrons e o tipo da ligação RUSSELL SANIOTO 1982 Essa notação é denominada de estrutura de Lewis Tratase do símbolo químico rodeado por pontos ou x denotando os elétrons da camada de valência correspondente Por exemplo a estrutura de Lewis para o cloro que possui sete elétrons na camada de valência é A configuração eletrônica do magnésio é Na estrutura de Lewis apenas os dois elétrons da camada 3 e do subnível s são representados O símbolo denota o núcleo enquanto que a distribuição dos pontos representa graficamente a última camada onde estão dispostos os elétrons Frequentemente os pares de elétrons de um determinado subnível são representados separadamente do átomo isolado em outro subnível contudo esta regra pode variar Nas estruturas de Lewis as representações são relativas apenas as configurações originais Não são representados os elétrons da última camada após adquirir a estabilidade necessária com a regra do octeto que será demonstrada a seguir No caso de um composto iônico a notação é dada pela representação conjunta das notações na forma individual com ou sem a utilização de vírgula isto é Isso indica a proporção entre os íons e não a quantidade de átomos em que ocorrem as ligações Regra do octeto Os átomos dos gases nobres são estáveis por natureza Com exceção do hélio todos possuem oito elétrons em suas camadas de valência As ligações entre os átomos tendem a atingir essa configuração Por exemplo os nãometais possuem a tendência de ganhar elétrons portanto irá recebê los até o octeto ser completado A tendência é adquirir a configuração eletrônica do gás nobre que o sucede na tabela periódica No caso do cloro há o recebimento de um elétron adquirindo a configuração do argônio Quando isso ocorre dizse que os elementos são isoeletrônicos No caso dos metais a tendência é contrária devido à baixa energia de ionização Então ocorre a perda de elétrons e consequente a formação de um cátion com a mesma configuração eletrônica do gás nobre que o precede na tabela periódica FELTRE 2005 Pouca energia é necessária para que isso ocorra devido a característica própria desses elementos Por exemplo o sódio perde um elétron para se tornar isoeletrônico ao neônio A tendência de adquirir a configuração eletrônica de um gás nobre com a estabilidade adquirida pela regra do octeto possui exceções MAHAN 1995 como ocorre nos metais de póstransição em que pode restar alguns elétrons na camada de valência e nos metais de transição em que podem perder os elétrons de valência além de elétrons de camadas anteriores Conforme a regra do octeto o sódio Na com carga negativa tende a perder um elétron para o cloro Cl o que resulta em íons mais estáveis que os iniciais assim Devido à alta energia de ionização do sódio ele só pode perder um elétron por vez Então no caso do óxido de sódio em que são cedidos dois elétrons pelo sódio ao oxigênio a representação da estrutura de Lewis é Os colchetes indicam a existência do ânion demonstrando que foram recebidos dois elétrons em relação a sua configuração eletrônica original RUSSELL 19 Química Geral e Experimental 18 SANIOTO 1982 Ambos os termos também podem ser escritos separados por uma vírgula Exemplo ligação iônica do cloreto de sódio Escreva a estrutura de Lewis para o cloreto de cálcio RUSSELL SANIOTO 1982 Solução O cálcio possui dois elétrons de valência pois pertence ao grupo IIA e o cloro pertence ao grupo VIIA sendo que para formar o cloreto de cálcio é preciso que o cálcio perca dois elétrons para o cloro formando um cátion e um ânion Assim conforme a estrutura de Lewis temse 3 Ligação covalente Como vimos inicialmente no tipo de ligação covalente os elétrons não são doados ou recebidos mas sim compartilhados pois nesse caso a tendência de troca de elétrons entre os átomos é a mesma As diferenças de eletroafinidade ou de energia de ionização que controlam as ligações iônicas não ocorrem nas ligações covalentes Na molécula H2 os pares eletrônicos são compartilhados como vemos na estrutura de Lewis a seguir O par compartilhado é disposto entre os dois átomos enquanto que os outros elétrons que não participam da ligação são dispostos ao redor A ligação HF constitui no total 8 elétrons para o Flúor e dois para o hidrogênio onde um elétron de cada elemento é compartilhado A camada de valência do hidrogênio apenas pode receber 2 elétrons o que o torna isoeletrônico ao Hélio BUENO OLIVEIRA 2015 RUSSELL SANIOTO 1982 Segundo Moraes et al 2008 a representação da estrutura de Lewis segue o procedimento de primeiro determinar a quantidade total de elétrons a serem representados Para isso mensurase a quantidade de elétrons de valência em cada átomo e depois é verificada a quantidade de átomos necessária para que a regra do octeto seja satisfeita Dessa forma mensurase os átomos compartilhados das respectivas camadas de valência Conforme a estrutura da molécula é disposta a maneira como cada um dos átomos se relacionaram sendo averiguada a quantidade máxima de elétrons necessária para se tornarem estáveis Por exemplo no metano CH4 se um dos átomos de hidrogênio não fosse ligado ao átomo de carbono implicaria em mais de dois elétrons na camada K do hidrogênio como já sabemos não é possível A estrutura do sulfato de amônio é dada por a fórmula química a seguir é do tipo estrutural plana Quando há um par de elétrons compartilhados denominase ligação simples A ligação dupla ocorre quando são compartilhados dois pares de elétrons E a ligação tripla ocorre quando são compartilhados três pares de elétrons As ligações simples são representadas por as ligações duplas por e as ligações triplas por Nessa notação cada linha representa um par de elétrons fórmula estrutural plana A ocorrência de ligações duplas e triplas são denominadas de ligações múltiplas O número de pares de elétrons compartilhados é chamado de ordem de ligação logo em e as ordens de ligação são 1 2 e 3 respectivamente Exemplo ligação covalente para a amônia Escreva a estrutura de Lewis para a molécula de amônia RUSSELL SANIOTO 1982 Solução Com a representação de Lewis podese entender as ligações na molécula de amônia com maior facilidade Como o átomo de hidrogênio apenas necessita de mais um elétron para tornálo estável o átomo de nitrogênio precisa de três átomos para completar o seu octeto E desse modo é mais conveniente a representação do nitrogênio no centro com os hidrogênios ao redor Com isso os seis átomos restantes do nitrogênio são compartilhados com os hidrogênios e o octeto é completado com O par acima do nitrogênio é chamado de par solitário contudo também compõe o octeto Ligação covalente dativa Quando cada átomo de uma ligação covalente contribui com um elétron de um par compartilhado a ligação é covalente do tipo normal como estudamos anteriormente mas quando um único átomo contribui com mais de um elétron nos pares compartilhados a ligação é denominada ligação covalente dativa ou covalente coordenada Por exemplo 20 E recomendado sempre utilizar a regra do octeto pata equivalentes Portanto as estruturas de Lewis que denotam realizar a distribuicao dos elétrons nas ligacdes Entretanto um hibrido de ressonancia sao sempre necessdrio mantetse atento as excegdes nas 0O0 O066 quais ocorre a chamada expansao da camada de valéncia Repare que acima apenas foram trocadas as posicdes onde podem ocupat outros orbitais além dos necessarios das ligacées simples e dupla onde cada um destes Atomos para completar o octeto Assim como também ocorre da possuem 6 elétrons na camada de valéncia O oxigénio camada de valéncia de um atomo possuir menos elétrons que pettence ao Grupo 76 da tabela periddica O necessatio pata satisfazer a regra do octeto situagdes do y ZIK6 Pcl do BF pot exemplo respectivamente main gacdo metalica As Ressonancia a Os metais que encontramos na tabela periddica sao Ligagdes entre os mesmos elementos quimicos podem lo E a prata o ouro o ferro e o cobre por exemplo E estes possuir diferentes posides para um tipo de ligacdo covalente prata ae P P possuem algumas das caracteristicas que estudamos na aula 1 Por exemplo N OF pode ter as formulas de Lewis na seguinte a sao elementos brilhantes ou seja quando iluminados emitem forma Jaq brilho geralmente sao densos possuem alto ponto de fusao 8 Or a I 0 8 al 0 a maioria sao encontrados no estado sdlido uma excecao l l r o mercurio onde embora seja brilhante e relativamente 0NO ON0 0N0 denso na temperatura ambiente é encontrado no estado a e ai on iy cc liquido outra caracteristica importante é que sao deformaveis ye Le Coe oa moldados em diferentes formas maleaveis e ducteis Figura As trés ligagdes acima sao idénticas Apesar disso 0 iculatidade d ws deo d a falh R sopriedad te 23 contudo a principal particularidade dos metais é que n mo aa emons ase o pois as propneda es re sao bons condutores de eletricidade BRADY e a 2011 as ligacdes simples e duplas variam Uma maneira mais DUARTE 2001 apropriada a juncdo dessas estruturas em uma unica dessa maneira cada ligagao devera ser representada com war 7 propriedades intermediarias entre ligacdes simples e duplas Podese afirmar entéo que a ressonancia é resultante da representacao da junao de estruturas idénticas com ligagdes do mesmo tipo em diferentes posigdes de modo a unir as Figura 23 Ductilidade e maleabilidade Fonte httpsarcestariufsfiles propriedades de ambas wordpresscom201011teoriadasbandasemmetaispdf Acesso em Oselétrons que teoricamente ocupam diferentes posicdes 2362078 nas estruturas so chamados de elétrons deslocalizados Esses ae le dif d Quando é aplicada uma diferenga de potencial a um elétrons sao diferentes dos restantes por nao se restringirem a eer a P 8 material de metal devido a existéncia do mar de elétrons estes uma determinada localizacao a um par de atomos especificos ys oo tendem a transportar a corrente elétrica com facilidade como pois distribuemse a varios pares na molécula A ressonancia a oe Coe pode ser visualizado na Figura 24 contribui na diminuicdo da energia total na molécula Em oe a a geral isso é influenciado em grande parte pelas estruturas de menor energia Entao podese conduzir uma definicao mais a ES abrangente de ressondncia com base em suas propriedades ap na molécula ou seja em moléculas com o mesmo artanjo dos eee ee a ee atomos Porém com diferentes disposigdes dos elétrons a As soy Voltage 9 5 ressonancia consiste em uma fusa4o de estruturas distribuindo Sie a en ee es as propriedades de ligagdes multiplas e abaixando a energia ATKINS JONES 2012 BROWN et al 2005 SHRIVER ee ATKINS 2008 a Exemplo escrevet uma estrutura de ressonancia Figura 24 Conducdo de energia Fonte httpsarcestariufsfileswordpress O oz6nio da estratosfer a Os tem uma contribui ca O com201011teoriadasbandasemmetaispdf Acesso em 23062018 eee para awa na oe co o abso a radiacao Imagine por exemplo um metal sdlido um agrupamento utur pe ns ve len preyu tL vinda do So et uas este i de 4tomos ao redor dos quais ha uma nuvem elettdnica i e ka 5 On nde pata a estructura de meee ne d a Entre esses 4tomos ocorte o compartilhamento de elétrons Ui mofecula a OS caclos experimentats mosttam que as cuas por meio de ligagées fracas se movimentam entre as nuvens ligag6es tem o mesmo comprimento ATKINS JONES i sO eletrénicas de forma fluente devido a fraca atracdo entre os elétrons da camada de valéncia e o nticleo FELTRE 2005 s ye SolucSo Ha de fato um mar de eletrons ee isso que toma os materiais metdlicos maleaveis pois a aplicacao de tensdes em C Para determinat a estrutura de ressonancia da molécula corpos tigidos provoca a quebra relativamente instantanea O podese simplesmente trocar as posides das ligacdes na das ligacdes Todavia os elétrons fornecem certa resisténcia estrutura de Lewis e verificar a existéncia de outras estruturas a ruptura dessas lisacdes entre os 4tomos Quimica Geral e Experimental 20 maiores que os atomos de carbono estes nao podem Nucleo e substituir os atomos de ferro no reticulo cristalino Uma a eS teed forma alternativa de organizagao éa ocupaao dos espagos interna vazios entre os 4tomos maiores Essas ligas apresentam maior dureza e resisténcia do que o metal de raio at6mico maior Elétrons nm no estado puro Observando que pata as ligas intersticiais externos i wi a aN ocorterem necessatio que o raio atomico do elemento moveis SS menor seja inferior a 60 do raio atomico do elemento maior ll SUSSUCHI OLIVEIRA sd w oF Ries oe Figura 23 Mar de elétrons Fonte httpsarcestariufsfileswordpress p Retomando a aula com201011teoriadasbandasemmetaispdf Acesso em 23062018 Os elementos com pouco ou nenhum atomo restante para completar 0 octeto da camada de valencia dificilmente compartilharao elétrons devido a alta eletronegatividade que apresentam of gases nobres Uma propriedade importante Chegamos ao final da nossa aula Vamos recordar que o raio atOmico aumenta de cima para baixo e da direita para a esquerda e quanto maior o tamanho dos atomos mais elétrons possui e maior a quantidade de camadas L eletronicas Por conseguinte menor é a atragao entre os 1 Conceito de ligacio quimica elétrons e o nucleo Nesses casos a energia de ionizagao é baixa os elementos metalicos possuem alta tendéncia em se Nesta seco vimos que as forcas que unem os 4tomos tornarem cations Os elementos do grupo 16 calcogénios e sao as ligacdes quimicas As principais ligagdes sao as idnicas 17 halogénios da tabela periddica nos extremos supetiores as covalentes e as metalicas Na realidade as ligagdes nao sao séo Os que aptesentam a menor quantidade de propriedades puramente de um tipo ou de outro mas possuem caracteristicas metalicas Note que apesar de nao se tratarem de metais de ambos os tipos A principal caracteristica das ligacdes a maior parte da tabela periddica é composta por metais idnicas é que sao formadas por interagoes eletrostaticas como podendose mencionar a maioria dos elementos com ocotte no cloreto de sddio NaC Nas ligacdes covalentes diferentes intensidades das propriedades de natureza metilica ocorre o compartilhamento de elétrons aos pares E por fim as ligagdes metalicas ocorrem em elementos eletropositivos e Ligas metalicas bons condutores de energia os metais A mistura de dois ou mais metais formam as ligas metalicas comumente empregadas em construces civis em 2 Ligac4o idnica meios de transporte e na industria eletronica As ligas podem ser homogéneas ou heterogéneas No primeiro caso os atomos As catgas opostas se atraem as cargas eletricamente de diferentes elementos sao distribuidos de modo uniforme 8U4S Se repelem Com base nesse principio formamse os como ocotte no latao e no bronze Ja as ligas heterogéneas fons devido a troca de elétrons Nessas condides a ligacao sao formadas por composicées diferentes de misturas de fases quimica do tipo idnica ocorre entre metais ametais cristalinas como verificase na solda estanhochumbo ou na As formulas quimicas sao dos tipos molecular eletronica amdlgama de mercurio utilizada pelos dentistas USSUCHI estrutura de Lewis estrutural plana A estrutura de Lewis OLIVEIRA sd aplicase a todos os tipos de ligagoes tonicas ou covalentes O Devido os atomos de metais possufrem diferentes elemento quimico representa nucleo do atomo os Pontos tamanhos raios atémicos existe 0 problema da disposicio ou x ao tedor denotam os elétrons da camada de valéncia destes elementos 0 que nao ocorre com o metal puro Escrevese um composto idnico com os seus elementos por exemplo Os metais pertencentes ao bloco d da tabela separados por colchetes A regra do octeto tem a fungao de petiddica possuem aproximadamente 0 mesmo tamanho guiar a definicdo dos elétrons que estao envolvidos na ligagao Nessas circunstancias esse problema é de facil solugao Isso onde menciona que sao necessarios oito elétrons para o ocorre nas moedas de cobre que na realidade sao compostas dtomo tornarse estavel por cobre e zinco Pot possuirem o mesmo tamanho e 3 Ligacio covalente propriedades eletrdnicas semelhantes podem se substituir no cristal formado Quando isso ocorte a liga é substitucional Nesta secao estudamos que em ligagdes covalentes os onde apresenta elevada resisténcia fisica dureza e menor Atomos sao compartilhados e nao doados ou cedidos como condutividade elétrica em comparagaéo aos metais purtos anteriormente A eletroafinidade nao define a forma de MORAES ef a 2008 SHRIVER ATKINS 2008 compartilhamento de elétrons como acontece na ttoca de Na chamada liga intersticial os 4tomos suficientemente elétrons em uma lizacao idnica O hidrogénio por exemplo pequenos se acomodam no espaco existente entre os 4tomos apenas pode receber dois elétrons pata adquitit a estabilidade maiores Por exemplo na liga de ago ha menos de 2 de necessaria tornandose isoeletr6nico ao gas Hélio Nesse catbono Como os atomos de ferro sao consideravelmente caso um pat de elétrons compartilhados denominase 21 ligação simples dois pares é uma ligação dupla e três pares uma ligação tripla A ligação covalente dativa ocorre quando um único átomo contribui com mais de um elétron no par compartilhado E a ressonância é a fusão de estruturas idênticas com diferentes disposições dos elétrons onde as propriedades se distribuem ao longo da estrutura e ocorre o abaixamento da energia 4 Ligação metálica São formadas por metais elementos brilhantes geralmente densos com alto ponto de fusão frequentemente encontrados no estado sólido a exceção é o mercúrio maleáveis dúcteis e excelentes condutes de eletricidade Por sua vez as ligações metálicas consistem em agrupamentos de átomos com a nuvem eletrônica ao redor composta por elétrons Também estudamos que cada elemento químico pode ser analisado de forma individual por meio das propriedades da tabela periódica conhecendo suas características de variação nos períodos e famílias HIBRIDIZAÇÃO Disponível em httpbreakingifesblogspot com2014101html Vale a pena acessar Disponível em httpswwwyoutubecom watchvPttDYeNjjQ Disponível em httpswwwyoutubecom watchvFWxQPvhstxc Disponível em httpswwwyoutubecom watchv1zD2FiaMc Disponível em httpswwwyoutubecom watchvZFnEdCpEU6E Vale a pena assistir Vale a pena Minhas anotações 23