Aula_2__Ligacoes_Quimicas

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Professor: Adelides A. de Oliveira 
Semestre: 02/2012 
2. Ligação química nos 
sólidos 
- Energias e forças de ligações 
- Ligações interatômicas primárias 
- Ligação de Van der Waals 
 
Por quê estudar? 
O tipo de ligação interatômica geralmente explica a 
propriedade do material. 
Exemplo: o carbono pode existir na forma de grafite que é 
mole, escuro e “gorduroso” e na forma de diamante que é 
extremamente duro e brilhante. Essa diferença nas 
propriedades é diretamente atribuída ao tipo de ligação 
química que é encontrada no grafite e não no diamante. 
Veja mais informações no site www.cimm.com.br (material 
didático) 
 Os elementos se ligam para formar os 
sólidos para atingir uma configuração mais 
estável: oito elétrons na camada mais 
externa 
 A ligação química é formada pela interação 
dos elétrons de valência através de um dos 
seguintes mecanismos: 
- Ganho de elétrons 
- Perda de elétrons 
- Compartilhamento de elétrons 
 
 Metálica 
 Covalente 
 Iônica 
 Van der Waals 
 
A eletronegatividade dos átomos é o que determina o tipo de 
ligação 
FORÇA E DISTÂNCIA DE 
LIGAÇÕES 
 A distância entre 2 átomos é 
determinada pelo balanço das 
forças atrativas e repulsivas 
 Quanto mais próximos os 
átomos maior a força atrativa 
entre eles, mas maior ainda são 
as forças repulsivas devido a 
sobreposição das camadas 
mais internas 
 Quando a soma das forças 
atrativas e repulsivas é zero, os 
átomos estão na chamada 
distância de equilíbrio. 
 
FORÇA DE LIGAÇÕES E RIGIDEZ 
 A inclinação da curva no ponto de 
equilíbrio dá a força necessária 
para separar os átomos sem 
promover a quebra da ligação. 
 Os materiais que apresentam uma 
inclinação grande são 
considerados materiais rígidos,. Ao 
contrário, materiais que 
apresentam uma inclinação mais 
tênue são bastante flexíveis. 
 A rigidez e a flexibilidade também 
estão associadas com módulo de 
elasticidade (E) que é determinado 
da inclinação da curva 
tensãoxdeformação obtida no 
ensaio mecânico de resistência à 
tração. 
Deformação medida () 
Inclinação 
fornece 
Módulo E 
ENERGIA DE LIGAÇÃO 
 Algumas vezes é mais conveniente trabalhar com energia 
(potencial) do que forças de ligações. 
 Matematicamente, energia (E) e força de ligações (F) estão 
relacionadas por : E= F.dr 
 A menor energia é o ponto de equilíbrio 
Quanto mais profundo o 
poço de potencial maior a 
temperatura de fusão do 
material 
Devido as forcas de 
repulsão aumentarem 
muito mais com a 
aproximação dos átomos 
a curva não é simétrica. 
Por isso, a maioria dos 
materiais tendem a se 
expandir quando 
aquecidos 
Filme 
ENERGIA DE LIGAÇÃO 
 Quando energia é fornecida a um material, a 
vibração térmica faz com que os átomos 
oscilem próximos ao estado de equilíbrio. 
 Devido a assimetria da curva de energia de 
ligaçãoxdistância interatômica, a distância 
média entre os átomos aumenta com o 
aumento da temperatura. 
 Então, quanto mais estreito e mais profundo 
o mínimo de potencial menor é o coeficiente 
de expansão térmica do material 
 Metálica 
 
 Covalente 
 Iônica 
 Van der Waals 
 Forma-se com átomos de 
baixa eletronegatividade 
(apresentam no máximo 3 
elétrons de valência) 
 Então, os elétrons de valência 
são divididos com todos os 
átomos (não estão ligados a 
nenhum átomo em particular) 
e assim eles estão livres para 
conduzir 
 A ligação metálica não é 
direcional porque os elétrons 
livres protegem o átomo 
carregado positivamente das 
forças repulsivas eletrostáticas 
 A ligação metálica é 
geralmente forte (um pouco 
menos que a iônica e 
covalente)= 20-200 Kcal/mol 
 Ex: Hg e W 
Elétrons de valência 
Átomo+elétrons das camadas mais internas 
 Covalente 
 Metálica 
 Iônica 
 Van der Waals 
 
 Os elétrons de valência são 
compartilhados 
 Forma-se com átomos de 
alta eletronegatividade 
 A ligação covalente é 
direcional e forma ângulos 
bem definidos (apresenta 
um certo grau de ligação 
iônica) 
 A ligação covalente é forte 
= 125-300 Kcal/mol 
 Esse tipo de ligação é 
comum em compostos 
orgânicos, por exemplo em 
materiais poliméricos e 
diamante. 
Ex: metano (CH4) 
Figura copiada do material do Prof. Sidnei Paciornik do 
 Departamento de Ciência dos Materiais e Metalurgia da PUC-Rio 
 
 Iônica 
 Metálica 
 Covalente 
 Van der Waals 
 Os elétrons de valência são 
transferidos entre átomos 
produzindo íons 
 Forma-se com átomos de 
diferentes 
eletronegatividades (um 
alta e outro baixa) 
 A ligação iônica não é 
direcional, a atração é 
mútua 
 A ligação é forte= 150-300 
Kcal/mol (por isso o PF dos 
materiais com esse tipo de 
ligação é geralmente alto) 
 A ligação predominante nos 
materiais cerâmicos é iônica 
 As forças atrativas eletrostáticas entre os 
átomos é não-direcional os átomos 
num material iônico arranjam-se de forma que 
todos os íons positivos têm como vizinho mais 
próximo íons negativos, sendo as forças 
atrativas igual em todas as direções. 
 A magnitude da força obedece a Lei de Coulomb 
Figura copiada do material do Prof. Sidnei Paciornik do 
 Departamento de Ciência dos Materiais e Metalurgia da PUC-Rio 
 
FORÇAS DE ATRAÇÃO E REPUSÃO 
ENVOLVIDAS EM SÓLIDOS IÔNICOS 
FA= -A/r
2 
FR= B/r
n 
A, B e n são valores que 
dependem do sistema iônico em 
questão 
 
 Forças atrativas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 r é a distância interatômica 
 z1 e z2 são as valências dos 2 tipos de íons 
 e é a carga do elétron (1,602x10-19 C) 
 0 é a permissividade do vácuo (8,85x10-12 F/m) 
FA 
 
 Muito poucos compostos exibem ligação iônica e 
covalente puras 
 A maioria das ligações iônicas tem um certo grau 
de ligação covalente e vice –versa 
transferem e compartilham elétrons 
 O grau do tipo de ligação depende da 
eletronegadividade dos átomos constituintes. 
 Quanto maior a diferença nas eletronegatividades 
mais iônica é a ligação 
 Quanto menor a diferença nas 
eletronegatividades mais covalente é a ligação 
 
  Fração de 
ligação covalente= 
 
onde E é a diferença nas 
eletronegatividades dos átomos 
 
Ex: SiO2 
Eletronegatividade do Si= 1,8 
Eletronegatividade do O= 3,5 
Fração de ligação covalente= 0,486= 48,6% 
TIPOS DE LIGAÇÕES 
Van der Waals 
 Metálica 
 Covalente 
 Iônica 
 São ligações secundárias ou 
físicas 
 A polarização (formação de 
dipólos) devido a estrutura da 
ligação produz forças atrativas 
e repulsivas entre átomos e 
moléculas 
 A ligação de van der Waals não 
é direcional 
 A ligação é fraca< 10 Kcal/mol 
 Exemplo desse tipo de ligação 
acontece entre átomos de H e 
em estrut. moleculares e 
moléc. polares 
A ligação é gerada por pequenas assimetria 
 na distribuição de cargas 
 A molécula de água apresenta 
polarização de carga (formação 
de dipólos): positiva proxima aos 
átomos de H e negativa onde os 
elétrons de valência do oxigênio 
estão localizados 
 Isto produz forças de van der 
Waals entre as moléculas, 
fazendo com que as mesmas 
tendam a alinhar-se os pólos 
negativos com positivos. Como o 
angulo de ligação 109,5o, as 
moléculas formam uma estrutura 
quase hexagonal (veja figura) 
 O gelo tem estrutura hexagonal 
devido a este tipo de ligação. Ë 
menos denso por isso flutua 
sobre a água. 
á
g
u
a 
H H 
o 
Os átomos de carbono na grafita também são unidos fortementeatravés 
de ligações covalentes, mas só dentro de um plano, diferentemente da 
rede 3D das ligações do diamante. Estes planos de átomos de carbono 
simplesmente empilham-se uns sobre os outros, sendo as forças de 
união entre os planos, muito fracas. Os planos de átomos de carbono 
podem então deslizar facilmente uns sobre os outros, e por isto a grafita 
é importante lubrificante! 
GRAFITA DIAMANTE 
Ligação fraca 
Ligação forte 
NANOTUBOS DE CARBONO 
 
 Foi descoberto em 1991 por um 
japonês 
 São 100 mil vezes mais finos que um 
fio de cabelo 
 A espessura é de apenas um átomo 
 O diâmetro é de cerca de um 
nanômetro — a bilionésima parte do 
metro 
 Possuem a maior resistência 
mecânica dentre todos os materiais 
conhecidos — não quebram nem 
deformam quando dobrados ou 
submetidos à alta pressão. 
 Destacam-se também como dos 
melhores condutores de calor que 
existem e, para completar, podem ser 
capazes de transportar eletricidade 
Fonte: B.Piropo