03-Ligações Químicas

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ESTO006-17 Materiais e Suas Propriedades
Erika Fernanda Prados
erika.prados@ufabc.edu.br
Eletronegatividade
Maior 
“facilidade” em
ceder elétrons
= CÁTIONS
Maior facilidade em
ganhar elétrons
= ÂNIONS
“Poder que um átomo tem de atrair elétrons para si”
As ligações entre átomos podem ser classificadas quanto a suas intensidades 
em:
Ligações primárias, ou fortes, dependem da diferença do caráter 
eletronegativo (A
⊖
), ou eletropositivo (C
⊕
), dos elementos envolvidos e são:
➢ Ligação iônica (C
⊕
+ A
⊖
 C
⊕
≠ A
⊖
e a diferença > 1,7);
➢ Ligação covalente (A
⊖
+ A
⊖
 A
⊖
≅ A
⊖
e a diferença entre eles está 
entre 0,3 e 1,7);
➢ Ligação metálica (C
⊕
+ C
⊕
).
Ligações químicas
Ligações secundárias, ou fracas, dão origem a atrações entre uma molécula 
qualquer e suas vizinhas e as principais são:
➢ Interações dipolo-dipolo;
➢ Pontes de hidrogênio;
➢ Forças de dispersão de London;
➢ Forças de van der Waals.
Propriedades importantes, como o ponto de fusão e solubilidade, são 
influenciadas pelas forças eletrostáticas secundárias que atuam entre as 
moléculas.
Ligações químicas
Ligação Primária Iônica
➢ Envolve a transferência de elétrons de um átomo para outro. 
➢ A ligação é não-direcional (atração eletrostática estende-se 
igualmente em todas direções).
➢ Grande diferença de eletronegatividade entre os elementos. 
Ligação Primária Iônica
Representação esquemática da 
formação de íons Na+ e Cl–
Representação Esquemática da 
ligação iônica no cloreto de sódio 
(NaCl)
Exemplos de Ligação Iônica
Doa Elétrons Recebe Elétrons
➢ Ligação Predominante em Materiais Cerâmicos
Ligação Primária Covalente
➢ Envolve o compartilhamento de um par de elétrons entre dois átomo e a 
força de ligação depende da sobreposição entre eles.
➢ A ligação resultante é altamente direcional.
➢ Menor diferença de eletronegatividade entre os elementos do que aquela 
observada em ligações iônicas.
Ex.: Molécula de Hidrogênio
Aumento do caráter iônico
Aumento do caráter covalente
Ligações 
covalente
s não 
iônicas
Ligações 
covalente
s polares
Ligações 
iônicas
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Diferença em eletronegatividade
F2 HBr HF
Na
⊕
F
⊖
r F = 4 ; r Br = 2,8; r H = 2,1 ; r Na = 0,9
 = 0  = 0,7  = 1,9  = 3,1
Ligação Iônico-Covalente
Ligação Primária Metálica
➢ Os metais possuem de 1 a 3 três elétrons de valência.
➢ Resulta do compartilhamento de um número variável de elétrons com um 
número variável de átomos.
➢ Os elétrons de valência passam a se comportar como elétrons “livres”.
➢ A ligação resultante é não-direcional.
➢ Apresentam a mesma probabilidade de se associar a um grande número 
de átomos vizinhos, formando uma “nuvem eletrônica” de baixa 
densidade.
Ilustração esquemática da ligação metálica
➢ Uma força de atração fraca entre átomos ou moléculas não polares causada 
por mudanças temporárias no momento de dipolo (µ); esta atração vista 
como dipolos elétricos.
➢ A mudança de µ tem origem no breve deslocamento dos elétrons para um 
lado do átomo ou molécula, criando um deslocamento similar nos átomos 
ou moléculas adjacentes
➢ A atração é muito mais fraca que uma ligação primária.
➢ As forças de van der Waals são forças intermoleculares que promove a coesão 
nos estados líquido e sólido da matéria.
➢ É importante em propriedades tais como tensão superficial, ponto de 
ebulição e efeito capilar.
Ligação Secundária de Van der Waals
➢ Interações dipolares:
1. Dipolo induzido ⟺ Dipolo induzido
2. Dipolo induzido ⟺Molécula polar (com dipolo permanente)
3. Molécula polar ⟺Molécula polar
Dipolos Elétricos
Núcleo
Nuvem eletrônica
Átomo 
eletricamente 
simétrico
Dipolo 
atômico
+ -
+ H⎯Cl -≪≪≪ + H⎯Cl - PVC
+-
⟿⟿
⟿⟿
+-
Ponte de Hidrogênio
➢ É um caso especial de ligação entre moléculas polares.
➢ É o tipo de ligação secundária mais forte.
➢ Ocorre entre moléculas em que o H está ligado covalentemente ao flúor 
(r F = 4) (como no HF), ao oxigênio (r O = 3,5) (como na H2O) ou ao 
nitrogênio (r N = 3) (por exemplo, NH3).
+
-
+
-
+ +
-
-
-
FORÇAS E ENERGIAS DE LIGAÇÃO
➢ Conhecer as forças interatômicas que ligam os átomos em uma 
molécula, ajudam o entendimento de muitas das propriedades 
físicas dos materiais.
➢ As forças são de dois tipo e suas grandezas dependem da 
separação ou distância interatômica (r).
Distância interatômica
F
o
rç
a
A
tr
a
ti
v
a
R
e
p
u
ls
iv
a
Muito próximo – cada átomo exerce força no outro 
Muito longe – interação desprezível
Forças
interatômicas
➢ Atrativa (FA): depende do tipo de ligação que 
existe entre os dois átomos.
➢ Repulsiva (FR): tem a sua origem na interação 
entre as nuvens eletrônicas carregadas 
negativamente dos dois átomos.
A força líquida (FL) entre dois átomos é:
FL = FR + FA
A energia (E) também é função da separação interatômica. E e F estão relacionadas 
matematicamente:
𝐸𝐿 = 𝐹𝐿𝑑𝑟 =
𝑟
∞
 𝐹𝐴
𝑟
∞
𝑑𝑟 + 𝐹𝐵𝑑𝑟
𝑟
∞
= 𝐸𝐴 + 𝐸𝑅 
Energia de Ligação 
Energia Repulsiva ER
Energia Atrativa EA
Energia EN
Separação Interatômica r
E
n
er
g
ia
 P
o
te
n
ci
al
A
ta
çã
o
R
ep
u
lç
ão
(a) A dependência das 
forças repulsiva, 
atrativa e resultante 
em relação à 
separação 
interatômica para 
dois átomos isolados.
(b) A dependência 
das energias potencial 
repulsiva, atrativa e 
resultante em relação 
à separação 
interatômica para 
dois átomos isolados
CLASSIFICAÇÃO DOSMATERIAIS SEGUNDO O TIPO DE LIGAÇÃO
Tetraedro do tipo de material: correlação de cada classificação de material (metais, 
cerâmicas, polímeros etc.) com seu(s) tipo(s) de ligação.
• O módulo de elasticidade pode
ser associado à derivada da curva
F(r) no ponto r = r0; quanto
maior for o valor da derivada, 
maior será o módulo de 
elasticidade.
• O material a apresenta maior
rigidez do que o material b.
r0
r0
Módulo
de 
Elasticidade
r0 = ponto onde forças
de atração e repulsão
são iguais
RELAÇÃO ENTRE ALGUMAS PROPRIEDADES E AS CURVAS DE
FORÇA E ENERGIA DE LIGAÇÃO
32
Ligação Forte
Ligação Fraca
F
o
rç
a
Distância
Coeficiente de Expansão Térmica
(a) Gráfico da energia potencial em função da distância interatômica, demonstrando o aumento na separação 
interatômica com a elevação da temperatura. No aquecimento, a separação interatômica aumenta de r0 para 
r1, para r2, e assim por diante. (b) Para uma curva da energia potencial em função da distância interatômica
com formato simétrico, não existe nenhum aumento na separação interatômica por causa de uma elevação 
da temperatura (isto é, r1 = r2 = r3)
• Um “poço” profundo profundo e 
estreito (elevadas energias de ligação) 
está relacionado a um baixo
coeficiente de expansão térmica.
Obs.: IAE = interatomic energy (Energia interatômica)
Coeficiente
de
Expansão
Térmica
33
Espaço de equilíbrio entre os átomos
Espaço de equilíbrio após aquecimento
A energia é aumentada de ∆IAE
Espaço aumenta após aquecimento
quando a energia é aumentada de ∆IAE
(maior separação indica maios expansão térmica) 
Separação
➢ Materiais que apresentam grandes energias de ligação (ou seja, poços de 
potencial profundos) também apresentam temperaturas de fusão e de 
ebulição elevadas.
34
Pontos de Fusão e Ebulição
BIBLIOGRAFIA
✓ D., CALLISTER Jr., W., RETHWISCH, G. Ciência e Engenharia de 
Materiais - Uma Introdução, 9ª edição. LTC, 07/2016. VitalBook file. 
Capítulo 2: Estrutura Atômica e Ligação Interatômica
24