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Prof. Barbieri UNIDADE I Química Básica O que é um modelo atômico? É uma tentativa de imaginar (visualizar) o átomo. Sendo o átomo a menor estrutura da matéria. Se entendermos o átomo, entenderemos melhor o mundo. Tudo começou na Grécia quando Demócrito e Leucipo (século V a.C.) defenderam a ideia de que a matéria era composta por pequeníssimas partículas. Dalton (1807) – Modelo chamado de Bola de Bilhar Século XIX – Dalton “ressuscita” a Teoria Atômica. A Química sofreu uma grande evolução. Dalton propôs: A matéria é composta por pequenos corpúsculos, que não se subdividem – os átomos; Os átomos do mesmo elemento são iguais entre si – têm a mesma massa; Os átomos não podem ser criados nem destruídos. Constituição da matéria e estrutura atômica Thomson (1904) – Modelo de Pudim de Passas Thomson realizou uma série de experiências utilizando um tubo de raios catódicos (tubo semelhante aos tubos existentes no interior dos televisores). Ao estudar as descargas no interior desse aparelho, Thomson descobriu o elétron. Constituição da matéria e estrutura atômica Observava-se uma fluorescência esverdeada devido à existência de partículas de carga negativa que saem dos átomos do cátodo. Thomson provou que os elétrons eram corpúsculos dotados de carga elétrica e de massa, que fazem parte de toda a matéria. O átomo era uma esfera maciça de carga elétrica positiva, estando os elétrons dispersos na esfera. O número de elétrons seria tal que a carga total do átomo seria zero. Fonte: Feltre (2005, p. 55). Fonte: livro-texto Rutherford (1911) – Modelo atômico de Rutherford (“planetário”) Em 1908 realizou uma experiência que lhe permitiu propor um novo modelo atômico. Existe no interior do átomo uma região central positiva – o núcleo, que exerce fortes forças repulsivas sobre as partículas alfa. Constituição da matéria e estrutura atômica Fonte: Feltre (2005, p. 56). O átomo é uma estrutura praticamente vazia e não uma esfera maciça. É constituído por: Núcleo muito pequeno com a carga positiva, onde se concentra quase toda a massa do átomo. Elétrons com carga negativa se movendo em volta do núcleo. Constituição da matéria e estrutura atômica Fonte: adaptado de: livro-texto. Fonte: Feltre (2005, p. 56). Bloco de chumbo Abertura Partículas alfa que ricochetearam Partículas alfa desviadas Tela fluorescente Partículas alfa que atravessaram sem se desviarFolha de ouro finíssima Feixe de partículas alfa Elemento radioativo (alfa emissor) Bohr (1913) Niels Bohr trabalhou com Thomson e posteriormente com Rutherford. Tendo continuado o trabalho desses dois físicos, aperfeiçoou, em 1913, o modelo atômico de Rutherford. Cada órbita correspondia a um nível de energia bem definido do elétron. O elétron gira em torno do núcleo em órbitas circulares de energia constante (estados estacionários), também chamadas camadas ou níveis energéticos. Constituição da matéria e estrutura atômica Bohr verificou que fornecendo energia elétrica, térmica, a um átomo, um ou mais elétrons a absorvem e saltam para níveis mais afastados do núcleo. Ao voltarem às suas órbitas originais, devolvem a energia recebida em forma de luz. Fonte: adaptado de: livro-texto. Fonte: Feltre (2005, p. 55). n = 3 n = 2 n = 1 Emissão de fóton Energia crescente O átomo é constituído de: Núcleo prótons (p) (carga +) e nêutrons (n) (sem carga). Eletrosfera elétrons (é) (carga (-), distribuídos em 7 camadas ou níveis energéticos). Modelo atômico atual Número de massa (A): é a soma do número de prótons (p), ou número atômico (z), e o número de nêutrons (n). Número atômico (Z): é o número de prótons existentes no núcleo de um átomo Z = p. Número de nêutron (N): para encontrar a quantidade de nêutrons presentes em um átomo, é feita a subtração entre o número de massa (A) e o número atômico (Z). Fonte: autoria própria ou Próton Nêutron Elétron + 0 - Massa atômica: é a massa de um átomo medida em unidade de massa atômica, sendo simbolizada por “u”. Ex.: Na = 23 u ou corresponde a 1,660.10-24 g ou 1,660.10-27 kg Molécula: é a menor parte da matéria capaz de caracterizar uma substância química pura. É constituída de um ou mais elementos. Ex.: H2O: H2SO4 etc. Massa molecular: é a soma de todas as massas atômicas dos átomos que constituem um elemento químico ou uma molécula e é expresso em u. Ex.: elemento Na = 23 u e elemento Cl = 35,3 u substância NaCl Na = 23 + 35,5 u = 58,5u Íons: elementos químicos que possuem números diferentes de prótons e elétrons, perderam ou ganharam elétrons, gerando uma diferença de cargas. Ganham-se elétrons ânions (-) Perdem-se elétrons cátions (+) Modelo atômico atual Ao conjunto de átomos com o mesmo número atômico, damos o nome de elemento químico. Representação: de acordo com a Iupac (União Internacional de Química Pura e Aplicada), devemos indicar o número atômico (Z) e o número de massa (A) junto ao símbolo de um elemento químico ao representá-lo. Ex.: Modelo atômico atual Fonte: autoria própria Fonte: autoria própria Nome do elemento Carbono Ferro Cloro Número de Massa (A) 12 56 35 Número Atômico (z) 6 26 17 Número de Prótons (p) 6 26 17 Número de Elétrons (e) 6 26 17 Número de Nêutrons (n) 6 30 18 Comparando-se dois ou mais átomos, podemos observar algumas semelhanças entre eles. A depender da semelhança, teremos para essa relação uma denominação especial. Isótopos (valores iguais de prótons (P)) Átomos que possuem mesmo número atômico e diferentes números de massa são denominados de isótopos. Ex.: Esses átomos possuem o mesmo número atômico e diferentes números de nêutrons, consequentemente, números de massas diferentes. Césio (55Cs 135 e 55Cs 137): o primeiro com número de massa igual a 135 e 80 nêutrons, e o segundo com número de massa igual a 137 e 82 nêutrons. Semelhanças atômicas – Isótopos Fonte: autoria própria Nome do elemento Cloro Cloro Número de Massa (A) 35 37 Número Atômico (z) 17 17 Número de Prótons (p) 17 17 Número de Elétrons (e) 17 17 Número de Nêutrons (n) 18 20 Isóbaros (valores iguais de número de massa (A)) Átomos que possuem mesmo número de massa e diferentes números atômicos são denominados de isóbaros. Esses átomos possuem o mesmo número de nêutrons e diferentes números atômicos e de massa. Exemplos: 22Ti 42 21Sc 42 20Ca 42 Nos três casos, o número de massa é igual (A = 42), mas os números atômicos são diferentes. Semelhanças atômicas – Isóbaros Fonte: autoria própria Nome do elemento Cálcio Potássio Número de Massa (A) 40 40 Número Atômico (z) 20 19 Número de Prótons (p) 20 19 Número de Elétrons (e) 20 19 Número de Nêutrons (n) 20 21 Isótonos (valores iguais de número de nêutrons (N)) Átomos que possuem mesmo número de nêutrons e diferentes números atômicos e de massa são denominados de isótonos. Esses átomos possuem o mesmo número de nêutrons e diferentes números atômicos e de massa Exemplo: 17Cl 37 e 20Ca 40 Potássio K: A = Z + n ⟹ 39 = 19 + n ⟹ n = 20 Cálcio Ca: A = Z + n ⟹ 40 = 20 + n ⟹ n = 20 Semelhanças atômicas – Isótonos Fonte: autoria própria Nome do elemento Cálcio Potássio Número de Massa (A) 40 39 Número Atômico (z) 20 19 Número de Prótons (p) 20 19 Número de Elétrons (e) 20 19 Número de Nêutrons (n) 20 20 Números quânticos: é o conjunto de 4 números que identificam um elétron de um átomo. Os números quânticos indicam a energia do elétron no átomo e a região de máxima probabilidade de se encontrar o elétron. 1. Número quântico principal (n): identifica o nível de energia do elétron. A eletrosfera é dividida em 7 partes chamadas camadas eletrônicas ou níveis de energia; Do núcleo para fora, essas camadas são representadas pelas letras K, L, M, N, O, P e Q. Observação: os elétrons de um átomo são colocados,inicialmente, nas camadas mais próximas do núcleo. Níveis e subníveis de energia e números quânticos Fonte: adaptado de: livro-texto. Camada K L M N O P Q Nível n = 1 n = 2 n = 3 n = 4 n = 5 n = 6 n = 7 N. máximo de elétrons 2 8 18 32 32 18 2 Fonte: livro-texto 2. Número quântico secundário (l): identifica o subnível de energia do elétron. Os subníveis são preenchidos sucessivamente, na ordem crescente de energia, com o número máximo de elétrons possível em cada subnível; Esses subníveis são identificados pelo chamado número quântico secundário ou azimutal (l) que assume valores de 0, 1, 2, 3 que são designados pelas letras s, p, d, e f, respectivamente. Níveis e subníveis de energia e números quânticos Subnível s p d f N. quântico secundário 0 1 2 3 Fonte: adaptado de: livro-texto. Fonte: livro-texto 3. Número quântico magnético (m): identifica o orbital (orientação no espaço) do elétron É a região do espaço em que é máxima a probabilidade de se encontrar um determinado elétron. Os subníveis s, p, d, f contêm sucessivamente 1, 3, 5, 7 orbitais; Esses orbitais nessas condições são identificados pelo chamado número quântico magnético (m) e são exemplificados como: Em um mesmo orbital encontraremos, no máximo, dois elétrons com spins opostos; Em um mesmo átomo, não existem dois elétrons com quatro números quânticos iguais; Em um mesmo orbital, os elétrons possuem spins opostos. Níveis e subníveis de energia e números quânticos Fonte: adaptado de: livro-texto. Subnível Número quântico magnético Quantidade de orbitais Capacidade máxima de elétrons s 0 1 2 p -1, 0, +1 3 6 d -2, -1, 0, +1, +2 5 10 f -3, -2, -1,0, +1, +2, +3 7 14 4. Número quântico de spin (s): identifica o spin (rotação do elétron) Esse número tem a função de determinar qual o provável sentido da rotação, ao redor de seu próprio eixo, de um dado elétron. O valor do número quântico spin somente pode ser -1/2 ou +1/2. Um orbital preenchido por dois elétrons, obrigatoriamente, sempre terá um número spin positivo e outro negativo. Níveis e subníveis de energia e números quânticos Fonte: adaptado de: livro-texto. Elétrons antiparalelos S N N S Para determinar os números quânticos do elétron mais energético de qualquer elemento e, consequentemente, sua provável localização, devemos fazer a distribuição dos elétrons nos níveis e nos subníveis do átomo. Lembrando que o elétron mais energético é aquele que se encontra mais afastado do núcleo, ou seja, no último nível de energia, também chamado de camada de valência. Todo elemento busca a estabilidade, a qual é alcançada quando este se encontra no mais baixo nível de energia possível. A distribuição dos elétrons, em ordem crescente de energia, é demonstrada no chamado diagrama de energia. Distribuição eletrônica Fonte: adaptado de: livro-texto. K 1s2 L 2s2 2p6 M 3s2 3p6 3d6 N 4s2 4p 4d 4f O 5s 5p 5d 5f P 6s 6p 6d Q 7s 7p De acordo com o diagrama de energia demonstrado abaixo, faça a distribuição eletrônica do elemento sódio (11Na) e determine o número quântico principal (n) e secundário (l). a) 1s2 / 2s2 2p6 / n = 2 e l = 1. b) 1s2 / 2s2 2p6 / 3s2 / n = 3 e l = 0. c) 1s2 / 2s2 2p6 / 3s2 3p1 / n = 3 e l = 0. d) 1s2 / 2s2 / n = 2 e l = 0. e) 1s2 / 2s2 2p6 / 3s1/ n = 3 e l = 0. Interatividade Fonte: adaptado de: livro-texto. K 1s2 L 2s2 2p6 M 3s2 3p6 3d6 N 4s2 4p 4d 4f O 5s 5p 5d 5f P 6s 6p 6d Q 7s 7p De acordo com o diagrama de energia demonstrado abaixo, faça a distribuição eletrônica do elemento sódio (11Na) e determine o número quântico principal (n) e secundário (l). e) 1s2 / 2s2 2p6 / 3s1/ n = 3 e l = 0. Resposta Fonte: adaptado de: livro-texto. K 1s2 L 2s2 2p6 M 3s2 3p6 3d8 N 4s2 4p 4d 4f O 5s 5p 5d 5f P 6s 6p 6d Q 7s 7p 1 2 3 Subnível s p d f N. quântico secundário 0 1 2 3 n = 3 l = 0 nível subnível À medida que os químicos foram desenvolvendo os seus trabalhos e descobrindo novos elementos químicos, foram sentindo necessidade de organizar esses elementos de acordo com as suas características ou propriedades químicas. Surgiram algumas tentativas, mas sempre caiam com algumas limitações. Em 1829, Johann W. Döbereiner teve a ideia de agrupar os elementos em três (tríades). Essas tríades tinham propriedades químicas muito semelhantes. Limitações: apenas se aplicava a alguns elementos. Em 1863, Chancourtois propôs uma nova organização. Ele desenhou uma hélice, que o dividia em 16 partes e dispôs os elementos sobre a curva por ordem crescente do valor da massa atômica. Limitações: a representação era muito complexa e apenas era válida até o cálcio. Tabela periódica e a organização de seus elementos químicos Em 1864, John A. R. Newlands sugeriu que os elementos químicos eram ordenados em sete colunas por ordem crescente dos valores das massas atômicas. Limitações: adéqua-se apenas aos primeiros 16 elementos. Em 1869, Mendeleiev, ao tentar encontrar uma relação entre as propriedades dos elementos, cria uma tabela em que mantém a ordenação dos elementos químicos ordenados por ordem crescente dos valores das massas atômicas. Limitações: deixa espaços para elementos ainda desconhecidos. Em 1913, Henry G. J. Moseley demonstra que a carga do núcleo do átomo é característica mais importante de um elemento químico e foi expresso por um número inteiro. Estabeleceu a lei periódica atual em função desse núcleo, que corresponde ao número de prótons que o átomo possui no seu núcleo. 1. Tabela periódica e a organização de seus elementos químicos Lei periódica atual (Moseley): quando os elementos químicos são agrupados em ordem crescente de número atômico (Z), observa-se a repetição periódica de várias de suas propriedades. Lei periódica atual (Moseley) Fonte: https://www.objetivo.br/conteudoonli ne/imagens/aula_13353/1p.png Pode-se interpretar a tabela com suas respectivas propriedades tanto na posição vertical (períodos ou séries) ou horizontal (família ou grupos). Período ou séries: o número do período corresponde à quantidade de níveis (7 camadas) que os elementos químicos apresentam. Interpretação da tabela Fonte: autoria própria PERÍODO Grupo ou famílias: os elementos químicos estão organizados na tabela em 18 colunas verticais que são chamadas de grupos ou famílias. Elementos de uma mesma família apresentam propriedades químicas semelhantes e possuem a mesma configuração eletrônica em sua camada de valência (última camada). Interpretação da tabela Lantanídeos Actinídeos Há também que considerar as famílias dos Lantanídeos e dos Actinídeos M e ta is a lc a lin o te rr o s o s M e ta is a lc a lin o s C a lc o g ê n io s H a lo g ê n io s G a s e s n o b re s Fonte: autoria própria Interpretação da tabela Fonte: https://www.objetivo.br/conteudoonli ne/imagens/aula_13353/1p.png Famílias B: constituem a parte baixa da tabela. Note que a numeração se inicia com 3B e vai até 8B, para depois aparecer 1B e 2B. Famílias A: constituem a parte mais alta da tabela. A numeração se inicia com 1A e continua até 8A. Metais: são elementos que apresentam um, dois ou três elétrons na sua camada de valência (última camada). Representam aproximadamente dois terços da tabela. Elementos que são bons condutores de calor e eletricidade. Doadores de elétrons (eletropositivos). Interpretação da tabela Fonte: https://www.o bjetivo.br/cont eudoonline/im agens/aula_1 3353/1p.png Ametais ou não metais: são elementos que possuem cinco, seis ou sete elétrons na última camada. Existem apenas 11 elementos classificados como ametais. Elementos que retêm elétrons são ótimos isolantes térmicos e baixos condutores de eletricidade. Interpretação da tabela Fonte: https://www.o bjetivo.br/cont eudoonline/im agens/aula_1 3353/1p.png Fonte: https://www.objetivo.br/cont eudoonline/im agens/aula_1 3353/1p.png Semimetais: são elementos que apresentam propriedades intermediárias entre os metais e os ametais. Por isso, ao se combinarem com outros elementos podem se comportar como metais ou ametais. São em números de sete. Interpretação da tabela Gases nobres: são elementos que possuem oito elétrons em sua camada de valência (exceto o He, que possui 2). São gasosos em condições ambientes e têm como principal característica a grande estabilidade, ou seja, possuem pequena capacidade de se combinarem com outros elementos. Interpretação da tabela Fonte: https://www.o bjetivo.br/cont eudoonline/im agens/aula_1 3353/1p.png Raio atômico: depende do número de camadas eletrônicas e do número de prótons. Quanto mais camadas, maior será o tamanho do átomo. Propriedades da tabela periódica Energia de ionização: é a energia necessária para remover um ou mais elétrons de um átomo isolado no estado gasoso. Quanto maior o tamanho do átomo, menor será a primeira energia de ionização. Fonte: autoria própria Raio atômico Energia de ionização Eletronegatividade: é a tendência que possui o átomo do elemento químico em atrair elétrons. Cresce de acordo com a eletronegatividade do elemento químico. Eletropositividade: é a capacidade de um átomo perder elétrons, originando cátions. Propriedades da tabela periódica Fonte: autoria própria H < P < C < S < I < Br < Cl < N < O < F Influência do tamanho do raio atômico na eletronegatividade Eletronegatividade Eletropositividade Afinidade eletrônica ou eletroafinidade: é a energia liberada pelo átomo isolado do elemento químico no estado gasoso ao receber um elétron, dando um íon ânion gasoso. Quanto menor o tamanho do átomo, maior será sua afinidade eletrônica. Densidade absoluta: a densidade depende do tamanho de um átomo. Num período: a densidade cresce das extremidades para o centro. Numa família: a densidade cresce de cima para baixo. Propriedades da tabela periódica Densidade Afinidade eletrônica Fonte: autoria própria Ponto de fusão (pf) e ponto de ebulição (pe): na família IA e nas famílias IIA, IIB, 3A, 4A, os elementos de maior ponto de fusão (PF) e ponto de ebulição (PE) estão situados na parte superior da tabela. De modo inverso, nas demais famílias, os elementos com maiores PF e PE estão situados na parte inferior. Propriedades da tabela periódica Fonte: autoria própria Variação de PF e PE 1A 2A 2B 3A 4A C Mol: é uma unidade usada para representar a quantidade de átomos ou moléculas que um elemento químico possui em determinada quantidade de massa. Sendo que 1 mol possui 6,02 x 1023 entidades químicas. Um mol de determinada entidade equivale à massa de 6,02 x 1023 entidades. Por exemplo: 1 mol de átomos de Na equivale à massa de 6,02 x 1023 átomos de Na. 1 mol de íons Fe+2 equivale à massa de 6,02 x 1023 íons Fe+2. 1 mol de moléculas de CO2 equivale à massa de 6,02 x 10 23 moléculas de CO2. Mol, massa molar e Número de Avogadro A massa molar é a massa (em gramas) de um mol de substância (elemento, íons etc.). Elemento químico (átomo) equivalente à sua massa atômica em g. Por exemplo, a massa atômica do sódio (Na) = 23 g (Tabela Periódica), sua massa molar será 23 g/mol. Substância química (molécula) equivalente à sua massa molecular em g. Para calcular a massa molar de uma molécula, devemos somar o valor de massa de cada elemento presente nela. Por exemplo: massa molecular da NH3 = 14 (N) + 1 (H).3 = 17, portanto, sua massa molar será 17 g/mol. Mol, massa molar e Número de Avogadro Constante de Avogadro: o físico italiano Avogadro (século 19) foi quem determinou que a massa molar de um elemento sempre terá um número constante de átomos ou moléculas, o qual é conhecido como número de Avogadro, que é igual a 6,02 x 1023 espécies químicas. 1 mol = 6,02 x 1023 partículas Mol, massa molar e Número de Avogadro Fonte: adaptado de: livro-texto. 1 mol de água 18 gramas Conteúdo 44 gramas 1 mol de gás carbônico 1 mol de iodo 254 gramas 6,02 x 1023 moléculas 6,02 x 1023 moléculas 6,02 x 1023 moléculas Qual elemento químico dos listados abaixo possui propriedades semelhantes às do oxigênio (O)? a) Nitrogênio (N). b) Hidrogênio (H). c) Flúor (F). d) Enxofre (S). e) Carbono (C). Interatividade Qual elemento químico dos listados abaixo possui propriedades semelhantes às do oxigênio (O)? a) Nitrogênio (N). b) Hidrogênio (H). c) Flúor (F). d) Enxofre (S). e) Carbono (C). Alternativa D, pois o oxigênio e o enxofre pertencem à mesma família na Tabela Periódica, que é a 16 (ou 6A), a família dos calcogênios. Resposta Fonte: https://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/aula_13353/1p.png Teoria eletrônica da valência Valência é “a capacidade de um átomo se ligar a outros”, ex.: H (monovalente), O (bivalente), C (tetravalente). Gases nobres inertes oito elétrons na última camada eletrônica (octeto eletrônico). Demais átomos procuram perder ou ganhar elétrons na última camada até atingirem a configuração eletrônica de um gás nobre regra do octeto. Regra do octeto: tendência de todos os átomos adquirirem estabilidade (equilíbrio) na última camada, ou seja, de adquirir oito elétrons no nível mais externo. Ligação química Fonte: adaptado de: Feltre (2005, p. 69). 10Ne = 1s 2 2s2 2p6 18Ar = 1s 2 2s2 2p6 3s2 3p6 36Kr = 1s 2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 54Xe = 1s 2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 86Rn = 1s 2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 Camada de valência com 8 elétrons nos demais gases nobres. A ligação iônica ocorre: Metal e Ametal Metal e Hidrogênio Ocorre geralmente entre metais e ametais com de eletronegatividade > 1,7. Ligação iônica (caracterizada pela transferência de elétrons) Metais possuem 1, 2 e 3 elétrons na sua última camada e estão dispostos a perdê-los; Não metais possuem 5, 6 e 7 elétrons na última camada e estão dispostos a receber elétrons para satisfazer a regra do octeto. Fonte: adaptado de: Feltre (2005, p. 99). Átomo de sódio (Na) Átomo de cloro (Cl) 17p11p 11Na – 2 – 8 – 1 (tende a ceder um elétron) 17Cl – 2 – 8 – 7 (tende a receber um elétron) Propriedades dos compostos iônicos Quanto mais fortes forem as ligações intermoleculares, mais elevados serão PF e PE; São sólidos nas condições ambientes; São duros e quebradiços; Possuem altos PF e PE; Conduzem corrente elétrica quando fundidos ou em solução aquosa (não conduzem corrente elétrica no estado sólido); Formam retículos cristalinos; A maioria dos compostos é solúvel em água. Ligação iônica (caracterizada pela transferência de elétrons) A ligação covalente ocorre: Ametal e Ametal Metal e Hidrogênio Hidrogênio e Hidrogênio Ocorre geralmente entre ametais e hidrogênio ou ametais entre si, desde que a de eletronegatividade < 1,7. Ligação covalente (caracterizada pelo compartilhamento de elétrons) Fonte: autoria própria 6C : 2 – 4 (tende a receber 4e -) 8O : 2 – 6 (tende a receber 2e -) Exemplo: amônia NH3 (amônia) fórmula molecular Fórmula iônica Distribuição eletrônica 1H 1s 1 K (1) = 1 7N 1s 2, 2s2, 2p2 Fórmula estrutural K (1) = 2 L (2) = 5 Ligação covalente (caracterizada pelo compartilhamento de elétrons) Propriedades dos compostos moleculares: São, em geral, sólidos, líquidos ou gasosos nas condições ambientes (se sólidos, fundem-se facilmente); Apresentam baixos pontos de fusão e ebulição (comparados aos iônicos); São maus condutores de eletricidade, alguns podem conduzir quando em meio aquoso (ionização) (exceção para ácidos, em solução aquosa e carbonografite); A maioria dos compostos é solúvel em solventes orgânicos; São formados por moléculas. Ligação covalente (caracterizada pelo compartilhamento de elétrons) A ligação metálica ocorre: Metal e metal A teoria do octeto não explica a ligação metálica; Melhor cristalinidade (estrutura bem organizada). Ocorre entre metais e possui como principal característica elétrons livres em torno de cátions e átomos neutros no retículo (mar de elétrons); Os metais apresentam seus átomos agrupados de maneira organizada, em uma estrutura cristalina. Ligação metálica (nuvens de elétrons livres) Fonte: Feltre (2005, p. 110). Fonte: autoria própria Elétron livre Metal Cristal Átomo Microscópio Geometria molecular: é o estudo de como os átomos estão distribuídos espacialmente em uma molécula. Para se determinar a geometria de uma molécula, é preciso conhecer: O números de átomos presentes na molécula. A presença de nuvens eletrônicas nos locais da molécula onde há pares de elétrons soltos (não ligantes). Diferença de eletronegatividade. A polaridade das moléculas. A polaridade de uma molécula está relacionada à distribuição dos elétrons ao redor dos átomos. Distribuição simétrica apolar. Distribuição não assimétrica polar. Geometria molecular A geometria linear em moléculas diatômicas (formadas por apenas 2 átomos). Nesse caso, as nuvens eletrônicas de cada átomo conseguem se repelir e permanecer em lados opostos, abrindo ângulo de 180º entre elas. Geometria molecular Moléculas diatômicas Ex.: H2, N2, O2, HBr, HCl, HF Geometria: Linear Ângulo: 180° Fonte: autoria própria A geometria linear em moléculas triatômicas (formadas por apenas 3 átomos). Surge uma configuração em linha reta, com a presença de um átomo central. Para que haja a repulsão máxima entre as nuvens eletrônicas, a formação de ângulo de 180º entre os átomos que estão nas extremidades, o elemento central não pode ter pares de elétrons livres (não ligantes). Geometria molecular Geometria: Linear Ângulo: 180° Moléculas triatômicas Ex.: CO2, CS2 Fonte: autoria própria A geometria angular em moléculas triatômicas (formadas por apenas 3 átomos). A geometria angular acontece quando há 3 átomos ligados em uma molécula, com o átomo central com 1 par ou mais pares de elétrons não ligantes ao seu redor. Esses elétrons “soltos” formam uma nuvem eletrônica que repele as nuvens dos outros constituintes da molécula, gerando abertura angular menor do que 180º. Geometria molecular Moléculas triatômicas Geometria: Angular Ângulo: 112° Ex.: SO2 Fonte: autoria própria A geometria piramidal é uma molécula tetratômica (é uma molécula formada por 4 átomos, sendo que o átomo central tem elétrons desemparelhados – não ligantes). Essa situação causa força de repulsão sobre as demais espécies que estão ao seu redor, o que favorece a formação de uma pirâmide com base triangular. Geometria molecular Moléculas tetratômicas Geometria: Piramidal Ângulo: 107°Ex.: NH3, PH3 Fonte: autoria própria A geometria tetraédrica é uma molécula pentatômica (ocorre quando há 5 átomos em uma molécula), sendo 1 átomo central sem a presença de elétrons “soltos” com 4 átomos ao seu redor, igualmente distribuídos, formando ângulo entre eles com valor aproximado de 109º. Geometria molecular Moléculas pentatômicas Geometria: Tetraédrica Ângulo: 109° Ex.: CH4, CCl4 Fonte: autoria própria Nas ligações químicas, os átomos ganham, perdem ou compartilham elétrons da camada de valência até ficarem com 8 elétrons nessa camada e adquirirem estabilidade. A ligação iônica é a atração eletrostática entre íons de cargas opostas num retículo cristalino e ocorre entre: a) Átomos de metais (possuem tendência de perder elétrons). b) Átomos de metais (possuem tendência de ganhar elétrons). c) Átomos de não metais (possuem tendência de ganhar elétrons). d) Átomos de metais (possuem tendência de perder elétrons) e átomos de não metais (possuem tendência de ganhar elétrons). e) Átomos de não metais (possuem tendência de perder elétrons). Interatividade Nas ligações químicas, os átomos ganham, perdem ou compartilham elétrons da camada de valência até ficarem com 8 elétrons nessa camada e adquirirem estabilidade. A ligação iônica é a atração eletrostática entre íons de cargas opostas num retículo cristalino e ocorre entre: a) Átomos de metais (possuem tendência de perder elétrons). b) Átomos de metais (possuem tendência de ganhar elétrons). c) Átomos de não metais (possuem tendência de ganhar elétrons). d) Átomos de metais (possuem tendência de perder elétrons) e átomos de não metais (possuem tendência de ganhar elétrons). e) Átomos de não metais (possuem tendência de perder elétrons). Resposta Polaridade é um termo que se refere ao acúmulo de cargas elétricas em regiões distintas da ligação – formação de polos. Esses polos são gerados porque, como o elétron é compartilhado entre dois átomos, ele transita entre esses átomos. Assim, ao se aproximar mais de um dos átomos, o elétron faz com que, naquele local, se forme carga parcial negativa, enquanto do lado oposto em que está o elétron compartilhado, forma-se carga parcial positiva. Essas cargas parciais exercem influência na aproximação e na interação entre as moléculas covalentes. Polaridade das ligações covalentes Fonte: livro-texto Eletronegatividade: é a capacidade que um átomo tem de atrair para si o par de eletrônico que ele compartilha com outro átomo numa ligação covalente. A eletronegatividade é um fator indispensável para que haja a formação de polos e, consequentemente, de cargas parciais nas moléculas. Os mais eletronegativos formam polos com carga parcial negativa na molécula. Os menos eletronegativos formam polos com carga parcial positiva na molécula. Eletronegatividade Fonte: Feltre (2005, p. 116). Todos os elementos têm seus valores próprios de eletronegatividade, calculados por Linus Pauling em seus estudos sobre a variação de energia nas reações. O elemento que apresenta a maior eletronegatividade é o flúor ( = 4,0) e o elemento que apresenta a menor eletronegatividade é o frâncio ( = 0,7). Eletronegatividade Fonte: adaptado de: Feltre (2005, p. 117). Eletronegatividade baixa média alta H 2,1 He Li 1,0 Be 1,6 B 2,0 C 2,5 N 3,0 O 3,5 F 4,0 Ne Na 0,9 Mg 1,2 Al 1,5 Si 1,8 P 2,1 S 2,5 Cl 3,0 Ar K 0,8 Ca 1,0 Sc 1,3 Ti 1,5 V 1,6 Cr 1,6 Mn 1,5 Fe 1,8 Co 1,9 Ni 1,9 Cu 1,9 Zn 1,6 Ga 1,6 Ge 1,8 As 2,0 Se 2,4 Br 2,8 Kr Rb 0,8 Sr 1,0 Y 1,2 Zr 1,4 Nb 1,6 Mo 1,8 Tc 1,9 Ru 2,2 Rh 2,2 Pd 2,2 Ag 1,9 Cd 1,7 In 1,7 Sn 1,8 Sb 1,8 Te 2,1 I 2,5 Xe Cs 0,7 Ba 0,9 La 1,0 Hf 1,3 Ta 1,5 W 1,7 Re 1,9 Os 2,2 Ir 2,2 Pt 2,2 Au 2,4 Hg 1,9 Tl 1,8 Po 1,9 Bl 1,9 Fo 2,0 At 2,1 Rn Ligação iônica: nesse tipo de ligação, a transferência de elétrons é definitiva, pois há um rompimento da ligação covalente, tornando iônica. Os compostos iônicos são carregados de cargas positivas e negativas e, portanto, apresentam polos toda ligação iônica é uma ligação polar. Ligações covalentes: são caracterizadas pelo compartilhamento dos pares de elétrons entre os átomos. Por isso, dependendo do átomo que está envolvido na ligação, ela pode ser apolar ou polar devido à diferença de eletronegatividade entre os elementos. Ligações nas polaridades Ligação covalente apolar: ocorre em uma ligação formada por átomos de um mesmo elemento. Nesse caso, os átomos dividem igualmente os elétrons, não ocorrendo a formação de polos positivos ou negativos devido a mesma eletronegatividade dos átomos. Ligação covalente polar: ocorre quando dois átomos de elementos diferentes estão envolvidos em uma ligação. Sendo assim, os elétrons são compartilhados de maneira desigual, uma vez que a eletronegatividade dos átomos é diferente. Quanto maior a diferença de eletronegatividade entre os átomos, maior a polarização. F > O > N = Cl > Br > I = S = C > P = H > metais Determinação do caráter de uma ligação O resultado do cálculo da diferença de eletronegatividade em uma molécula indica se ela tem ligação covalente polar (com formação de polos), ligação covalente apolar (sem formação de polos) ou ligação iônica. Ligação covalente apolar (H2): nesse caso, o valor da diferença de eletronegatividade entre os átomos da molécula é zero, o que indica uma ligação covalente apolar. Cálculo da diferença de eletronegatividade Ligação covalente polar (HCl): quando o resultado da diferença de eletronegatividade é maior do que zero e menor do que 1,7, como é o caso do HCl. Ligação iônica: o resultado da diferença de eletronegatividade dos componentes do NaCl confirma que se trata de uma ligação iônica, pois valores acima de 1,7 são característicos desse tipo de ligação. Elemento químico Valor da eletronegatividade Sódio (Na) 0,9 Hidrogênio (H) 2,1 Cloro (Cl) 3,0 Flúor (F) 4,0 Δ = 2,1 – 2,1 0 Δ = 3,0 – 2,1 0,9 Δ = 3,0 – 0,9 2,1 As forças intermoleculares ocorrem entre moléculas e são responsáveis por manter as moléculas de um composto unidas. Essas forças são de natureza eletrostática, ou seja, são geradas pela atração existente entre cargas opostas (positivas e negativas). 1. Forças de Van der Walls As forças de Van der Walls atuam entre íons, moléculas e átomos; sendo os principais tipos conhecidos como forças: íon-dipolo, dipolo-dipolo, dipolo induzido e de London. É extremamente complicado explicar matematicamente, via mecânica quântica, essas interações. Iremos descrevê-las de forma qualitativa, considerando-as como forças de atração eletrostáticas, como será feito a seguir. Forças intermoleculares Íon x dipolo (íon x molécula polar): é a força mais forte e sua magnitude pode ser compatível a de uma ligação covalente. Dipolo-dipolo (molécula polar x molécula polar): ocorre entre moléculas polares da mesma substância ou de substâncias diferentes, ambas polares. Forças intermoleculares Fontes: adaptado de: Feltre (2005, p. 127). Molécula polar x íon Essa força é muito conhecida como dipolo x dipolo ou dipolo-permanente. Molécula polar x molécula apolar (dipolo permanente x dipolo induzido) dipolo induzido Força de London (molécula apolar x molécula apolar): o movimento dos elétrons permite que, em determinado momento, moléculas apolares consigam induzir um dipolo em sua molécula vizinha e essas forças ficaram conhecidas como forças de dispersão ou forças de London. Forças intermoleculares Fonte: adaptado de: Feltre (2005, p. 128). Molécula apolar Molécula apolar Dipolo instantâneo Dipolo induzido Ligações de hidrogênio: quando ligado a um átomo pequeno e de forte eletronegatividade (F, O ou N), o hidrogênio forma ligações polares muito fortes. Seus polos interagirão fortemente com outras moléculas polares, formando uma forte rede de ligações intermoleculares. Forças intermoleculares Fonte: adaptado de: Feltre (2005, p. 128). Ligações (pontes) de hidrogênio na molécula da água. Um mecânico com as mãos sujas de graxa (derivado do petróleo e apolar) precisa utilizar um solvente para remover a graxa. Assinale a alternativa com o melhor solvente para remoção da graxa: a) Água (polar). b) Etanol (polar). c) Água com sal (polar). d) Gasolina (apolar). e) Acetona (polar). Interatividade Um mecânico com as mãos sujas de graxa (derivado do petróleo e apolar) precisa utilizar um solvente para remover a graxa. Assinale a alternativa com o melhor solvente para remoção da graxa: a) Água (polar). b) Etanol (polar). c) Água com sal (polar). d) Gasolina (apolar). e) Acetona (polar). Resposta ATÉ A PRÓXIMA!
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