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1 QUÍMICA GERAL Renata Vasques da Silva Tavares Bibliografia Normas de segurança no laboratório No laboratório É OBRIGATÓRIO o uso de equipamento de proteção individual (EPI). Jaleco Deve ser: * algodão * mangas longas * para baixo do joelho Óculos de segurança Calças compridas e sapatos fechados Normas de segurança no laboratório Sempre que tiver dúvidas consulte o seu professor. Ao realizar cada experimento, leia antes o roteiro. O laboratório não é lugar para brincadeiras!! Normas de segurança no laboratório Não toque com os dedos nos produtos químicos. Caso alguma substância caia na sua pele, lave com bastante água e avise imediatamente o professor. Sobre a sua bancada deixe apenas o material em uso. Cadernos, pastas, livros e agasalhos devem ficar na bancada lateral. Seja observador e anote todas as observações e conclusões durante o procedimento Normas de segurança no laboratório Substâncias inflamáveis não devem ser aquecidas diretamente no fogo direto. Uma opção neste caso é usar o banho-maria. 2 Normas de segurança no laboratório Quando trabalhar com substâncias corrosivas, use luvas de borracha. Para tocar nestas substâncias deve-se usar bastão de vidro ou pinças. Sempre que for necessário misturar substâncias que reagem violentamente deve-se fazê-lo com muito cuidado. NUNCA DEVE-SE ADICIONAR ÁGUA NO ÁCIDO!!! O CORRETO É ADICIONAR ÁCIDO NA ÁGUA!!! ELE NELA Normas de segurança no laboratório Substâncias tóxicas devem ser manipuladas na capela. Nunca pipete com a boca este tipo de substâncias, USE UMA PÊRA. Toda vez que for necessário utilizar fósforo ou bico de Bunsen, verifique se não existe líquidos inflamáveis nas proximidades. Pequenos incêndios podem ser abafados com uma toalha. Normas de segurança no laboratório Quando for aquecer vidro ou porcelana, mantenha o rosto afastado. Durante o aquecimento de um tubo de ensaio, NUNCA apontes a extremidade aberta do tubo para o seu lado ou para um dos seus colegas, pois o produto que está a sendo aquecido pode ser projetado e provocar queimaduras graves. Nunca deve-se respirar gases ou vapores diretamente de um recipiente, pois pode se tratar de uma substância tóxica. Em vez disso, traga com a mão um pouco do vapor até você. Limpar o material com detergente, enxaguá-lo várias vezes com água de torneira e depois com jatos de água (utilizar a pisseta). Verifica-se a limpeza, deixando escoar a água, isto é, se a película líquida inicialmente formada nas paredes escorre uniformemente, sem deixar gotículas presas, a superfície está limpa. Caso seja necessária uma limpeza mais rigorosa, existem soluções especiais para esse objetivo. Limpeza Cada frasco com sua tampa Mantenha limpa sua bancada e seus materiais de trabalho. Você não deve jogar na pia restos de reagentes ou produtos de reações. Existem frascos de descarte apropriados para isto. Ao sair do laboratório lave as mãos e verifique se os equipamentos estão desligados. Classificações da matéria ELEMENTO QUÍMICO O átomo é a menor partícula que ainda caracteriza um elemento químico Mas e o átomo? �A cada elemento é dado um único símbolo químico (uma ou duas letras). �Os elementos são a base de constituição da matéria. SUBSTÂNCIA PURA MISTURA 3 SUBSTÂNCIA PURA � Tem composição química definida � Possuem propriedades químicas e físicas constantes. Ex. densidade, ponto de fusão e ebulição. Ex: açúcar, água, alumínio, oxigênio SUBSTÂNCIAS SIMPLES SUBSTÂNCIAS COMPOSTAS � Moléculas formadas por um único tipo de elemento químico. � Não pode ser decomposta em substâncias mais simples. � Moléculas formadas por dois ou mais elementos químicos, unidos, em proporções bem definidas e constantes. � Pode ser representada por um fórmula porque tem composição fixa. Substância Fórmula Representação Gás hidrogênio H2 Gás oxigênio O2 Gás ozônio O3 SUBSTÂNCIAS SIMPLES Substância Fórmula Representação Água H2O Sal de cozinha NaCl Açúcar C12H22O11 SUBSTÂNCIAS COMPOSTAS SUBSTÂNCIA SIMPLES O2 É uma substância simples ou um elemento químico? E o O3? Os compostos abaixo são iguais ou diferentes? C2H6O C C O H HH HH H C2H6O C H H H O C H H H etanol éter dimetílico CH3CH2OH CH3OCH3 ISOMEROS ELEMENTO QUÍMICOX MISTURA � Formada por duas ou mais substâncias, que mantém suas identidade própria, não reagindo entre si. MISTURAS HOMOGÊNEAS MISTURAS HETEROGÊNEAS � A matéria é totalmente uniforme; � Pode ser separada por meios físicos; � São chamadas de soluções. Ex: água + açúcar, água + álcool � Apresenta apenas uma fase; � A matéria não é totalmente uniforme; � Pode ser separada por meios físicos; Ex: água + óleo, água + areia � Apresenta duas ou mais fases; O leite é considerado uma mistura heterogênea. Aspecto homogêneo a olho nu Aspecto heterogêneo ao microscópio Copo de leite Líquido branco com gotículas de gordura OBS: Toda mistura onde os componentes são todos gasosos sempre será homogênea!!! MISTURA 4 Sistemas Sistema é uma porção limitada do universo, considerada como um todo para efeito de estudo. SISTEMAS HOMOGÊNEOS SISTEMAS HETEROGÊNEOS Substância pura: Um componente. Mistura homogênea: Mais de um componente . (Uma fase) Substância pura: Um componente em diferentes estados físicos. Mistura: Mais de um componente (Mais de uma fase) tudo o que é objeto da observação humana. Sistemas homogêneos Sistemas heterogêneos Substância pura Mistura Substância pura Mistura Água Álcool hidratado Gelo: H2O(sól) +Água: H2O(líq) Água + óleo Sistema: E por que o óleo é que fica em cima? Que tipo de sistema representa a figura abaixo? Observe as figuras abaixo e responda: 1) Qual(is) figura(s) representa(m) uma substância pura? 4) Qual(is) figura(s) representa(m) uma mistura? 5) Quantos átomos estão representados em cada figura? 7) Quantos elementos estão representados em cada figura? 6) Quantas moléculas estão representadas em cada figura? 2) Qual(is) figura(s) apresenta(m) substância(s) simples(s)? 3) Qual(is) figura(s) apresenta(m) substância(s) composta(s)? A, B e C A B C D A, B e D C e D D A-6, B-14, C-22 e D-19 A-0, B-9, C-6 e D-6 A-1, B-1, C-2 e D-4 O que o átomo? * Na eletrosfera ficam os elétrons (com carga negativa). * Os prótons e nêutrons apresentam praticamente a mesma massa relativa, mas os elétrons são bem mais leves. * O átomo é neutro. * O átomo possui um núcleo e uma eletrosfera. * O raio do átomo é 10.000 a 100.000 vezes maior que o raio do núcleo. * No núcleo ficam os prótons (com carga positiva) e os nêutrons (sem carga efetiva). Estrutura atômica 5 Estrutura atômica: descrição de um átomo lemento químico: símbolo escrito em letra de forma.Z Número atômico: É igual ao número de prótons A Número de massa: É igual ao número de prótons + número de nêutrons E Átomos de um mesmo elemento químico devem obrigatoriamente possuir o mesmo número de prótons (Z). Z também é chamado de número atômico. A ou A = Z + N Obs: o número de nêutrons não é mostrado, mas pode ser obtido subtraindo número de prótons Z, do número de massa A. Para os átomos abaixo determine o A, N, Z e o número de elétrons. Fe26 56 A = Z = N = e- = I53 127 A = Z = N = e- = Ti22 48 A = Z = N = e- = Ag47 108 A = Z = N = e- = Obs: Note que nos átomos, o número de prótons é sempre igual ao número de elétrons. Isso ocorre pois os átomos são neutros!!! E.1. Assinale a alternativa correta: Osátomos de um mesmo elemento químico não precisam apresentar em comum: a) Número atômico b) Número de prótons c) Número de nêutrons d) Símbolo químico E.2. Átomos de 24Cr51 são utilizados em medicina, no diagnóstico de alterações ligadas aos glóbulos vermelhos. Explique o significado dos números que aparecem ao lado do símbolo do cromo nesta representação. PARA RESOLVER!! E.3. Considere o átomo do elemento químico Bromo, possuidor de 35 prótons, 46 nêutrons e 35 elétrons. Escreva a representação correta para este átomo. E.4. Quantos prótons, nêutrons e elétrons apresenta o átomo de 25Mn55? E.5. Complete a tabela a seguir, indicando quantos protons, nêutrons e elétrons possuem cada um desses átomos: prótons elétrons nêutrons 1H17N138O176C12 E.6. Um dos átomos usados na construção de bombas é o plutônio (símbolo Pu) com 94 prótons, 94 elétrons e 145 nêutrons. Escreva a representação para este átomo. O que são íons??? Os íons são formados quando os átomos perdem ou ganham elétrons. Em um íon: número de prótons ≠ número de elétrons Cátion: formado quando um átomo perde elétron(s) e fica carregado positivamente (+). 26Fe+3 O íon férrico possui 23 elétrons (o átomo de ferro tinha 26 elétrons e perdeu três). 47Ag+ O íon prata possui 46 elétrons (o átomo de prata tinha 47 elétrons e perdeu um). 6 17Cl- O ânion cloreto possui 18 elétrons (o átomo de cloro tinha 17 elétrons e ganhou mais um). 16S-2 O íon sulfeto possui 18 elétrons (o átomo de enxofre tinha 16 elétrons e ganhou mais dois). Ânion: formado quando um átomo ganha elétron(s) e fica carregado negativamente (-). Obs: Um átomo não perde ou ganha prótons, somente elétrons. E.7. Complete a tabela a seguir, indicando quantos protons, nêutrons e elétrons possuem cada uma destas espécies: E.8. Um íon Cr+3 tem 24 prótons e 28 nêutrons. Pede-se: a) O número de elétrons desse íon. b) O símbolo desse íon, acompanhado do número atômico e de massa. PARA RESOLVER!! prótons elétrons nêutrons 35Br –29Cu19K+ E.9. Um gás nobre tem número atômico 18 e número de massa 40. O número de elétrons de um ânion X-2 é igual ao número de elétrons do átomo do gás nobre. Qual o número atômico do elemento X? ISÓTOPOS, ISÓBAROS, ISÓTONOS E ISOELETRÔNICOS + - + - + - A figura acima representa três átomos de um mesmo elemento químico. Que elemento é esse? Como você sabe? Estes átomos são ISÓTOPOS entre si, pois possuem o mesmo número de prótons (Z). H1 1 H1 2 H1 3 Isótonos: espécies com mesmo número de nêutrons (N). Ex: 1H e 2He ISÓTOPOS, ISÓBAROS, ISÓTONOS E ISOELETRÔNICOS 3 4 3-1=2 nêutrons 4-2=2 nêutrons Isóbaros: espécies com mesmo número de massa (A). Ex: 1H e 2He 3 3 A = 3 A = 3 Isoeletrônicos: espécies com mesmo número de elétrons. 11Na+ 9F- 10 elétrons 10 elétrons e Resolver os exercícios 10 a 14 da lista. 10A 12B 10C 9D 20 2023 21 E.10. Dados os átomos abaixo, agrupe os isótonos, os isóbaros e os isótopos: PARA RESOLVER!! E.11. Dados os íons 11Na+, 19K+, 9F-, 17Cl-, 12Mg+2, 15P-3, quais são isoeletrônicos entre si? E.12. Dados os átomos 19X40, 20Y40, 40Z91, 19R39, 39S90, 40T90. a) Quais são isótopos? b) Quais são isóbaros? c) Quais são isótonos? d) Quais pertencem ao mesmo elemento químico? E.13. Um átomo X tem 74 nêutrons e 53 prótons. Seu isótopo Y, utilizado na medicina, tem quatro unidades a mais em seu número de massa. Y tem o mesmo número de massa de Z. Z tem uma unidade a mais que Y de número atômico. Represente X, Y e Z com símbolo, número atômico e número de massa. E.14. Dois átomos X e Y são isótopos, tais que 3x+2X7x e 2x+7Y7x+2. Quais os números atômicos e de massa de X e Y? 7 A eletrosfera é uma região onde existem infinitos níveis ou camadas de energia. Eletrosfera Obs: Para os átomos que conhecemos, podemos ter no máximo sete níveis Primeiro nível Segundo nível Terceiro nível * Dentro dos níveis de energia, existem subdivisões energéticas denominadas subníveis, cujas representações são feitas pelas letras (s, p, d, f). Eletrosfera 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s 1 2 3 5 4 6 7 Em cada nível existe um número diferente de subníveis ocupados 7p * Em cada subnível de energia, existem outras subdivisões energéticas denominadas orbitais (orbital é a região mais provável de se encontrar o elétron). Eletrosfera Subnível s Cada subnível s possui apenas 1 orbital do tipo s. Orbital do tipo s Cada orbital pode conter no máximo dois elétrons Cada subnível possui um número determinado de orbitais. Máximo dois elétrons no subnível s Subnível p Cada subnível p possui 3 orbitais do tipo p. px py pz 3 orbitais p Máximo seis elétrons no subnível p 1 orbital px 1 orbital py 3 orbitais p1 orbital pz Subnível d Cada subnível d possui 5 orbitais do tipo d. 5 orbitais d Máximo dez elétrons no subnível d Subnível f Cada subnível f possui 7 orbitais do tipo f. 7 orbitais f Máximo catorze elétrons no subnível d Sabendo quantos elétrons existem em cada subnível e quantos subníveis existem em cada nível, podemos prever a quantidade máxima de elétrons possíveis em cada nível. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14 5s2 5p6 5d10 5f14 6s2 6p6 6d10 7s2 1 2 3 5 4 6 7 OBS: De maneira geral, quanto mais distante a camada estiver do núcleo, mais enegética será. E n e rgia a u m e nta 2 8 18 32 32 18 2 Número máximo de elétrons por camadas ou níveis 8 É muito importante saber dispor os subníveis em ordem crescente de energia. Para isso utilizamos o diagrama de Linus Pauling 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14 5s2 5p6 5d10 5f14 6s2 6p6 6d10 7s2 1 2 3 5 4 6 7 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d Subníveis em ordem crescente de energia Para fazer a distribuição eletrônica nos subníveis de um átomo ou íon devemos: 1) Identificar quantos elétrons esta espécie possui. 2) Distribuir estes elétrons de maneira que eles ocupem as posições de menor energia possível (para isso devemos seguir as setas do diagrama de Pauling). Distribuição eletrônica nos subníveis Ex: 1H 1 elétron 1s1 2He 1s2 2 elétrons 11Na+ 10 elétrons 1s2 2s2 2p6 •Dois ou mais orbitais vazios de mesma energia são preenchidos por elétrons de mesmo spin até que todos os orbitais estejam meio cheios (regra de Hund) Ex. 8O 1s 2s 2px 2py 2pz Distribuição eletrônica nos orbitais Regras: •Os orbitais de energia mais baixa são preenchidos em primeiro lugar, de acordo com a ordem: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d •Apenas dois elétrons podem ocupar um mesmo orbital, e eles devem ter spins opostos (princípio da exclusão de Pauli) subnível mais energético elétrons existentes na camada mais externa distribuição eletrônica na camada mais externa distribuição eletrônica nos orbitais distribuição eletrônica nos subníveis 27Co E.15. Preencha as tabelas a seguir com as seguintes informações, para cada uma das espécies citadas: PARA RESOLVER!! subnível mais energético elétrons existentes na camada mais externa distribuição eletrônica na camada mais externa distribuição eletrônica nos orbitais distribuição eletrônica nos subníveis 20Ca+2 subnível mais energético elétrons existentes na camada mais externa distribuição eletrônica na camada mais externa distribuição eletrônica nosorbitais distribuição eletrônica nos subníveis 35Br - 9 E.16. Um átomo cuja configuração eletrônica é 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 tem como número atômico? E.17. Qual o número atômico do elemento químico no qual o subnível mais energético será 3d8? E.18.O átomo de Ferro tem número atômico Z = 26. a) Qual é a última camada, ou camada de valência? b) Quantos elétrons existem no subnível mais energético? A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS QUÍMICOS Desde início séc. XIX - Cientistas buscavam semelhanças entre as propriedades dos elementos químicos. Dimitri Mendeleiev Grande contribuição: Organizou os elementos conhecidos na época (cerca de 65), em ordem crescente de massa, de tal forma que em cada grupo ficasse os elementos com propriedades semelhantes. Mendeleiev, com sua tabela, conseguia prever dados sobre elementos que ainda nem haviam sido descobertos. Dmitri Ivanovich Mendeleyev 1871 - Mendeleev observou que a posição mais adequada para o As seria abaixo do P, e não do Si. Ficou faltando um elemento abaixo do Si, cujas propriedades foram previstas. 1886 - o Ge foi descoberto. As propriedades do Ge se equiparam bem à previsão de Mendeleev. Formato da tabela periódica de Mendeleiev * É organizada em ordem crescente de número atômico (Z). Tabela periódica atual Da esquerda para a direita, o n°atômico (Z) aumenta . Encontre e observe na sua tabela ... Número atômico: Massa atômica: Observe que são números decimais (Ex: H = 1,002 u) . 10-7%Trítio1H3 0,015%Deutério1H2 99,985%Hidrogênio leve1H1 Abundância aproximada NomesIsótopos naturais (MA) = (1 x 99,985) + (2 x 0,015) + (3 x 10-7) = 1,002 u 100 Símbolo químico: Alguns exemplos: N, Cl, Na. 10 Períodos: São as sete linhas horizontais encontradas na tabela. 1 2 3 4 5 6 7 Colunas, Grupos ou Famílias: São as dezoito linhas verticais encontradas na tabela. 8B Existem duas maneiras de numerar as famílias em uma tabela: a) Os “elementos representativos” são identificados por algarismos romanos (IA a VIIIA). b) Os elementos de transição são identificados por algarismos romanos (IB a VIIIB). OBS: O grupo VIIIB corresponde a três colunas. I) maneira mais antiga (prevaleceu até 1985) II) maneira atual As colunas são numeradas numa seqüência que vai de 1 a 18. Existem duas maneiras de numerar as famílias em uma tabela: Colunas, Grupos ou Famílias: Família dos Gases nobresVIIIA ou 18 Família dos HalogêniosVIIA ou 17 Família dos Calcogênios ou ChalcogêniosVIA ou 16 Família do NitrogênioVA ou 15 Família do CarbonoIVA ou 14 Família do BoroIIIA ou 13 Família dos metais alcalinos terrososIIA ou 2 Família dos metais alcalinosIA ou 1 NomeFamília ou grupo Metais x Semi-metais x Ametais ou Não metais 11 * No 6°período (3B) se localiza a série dos Lantanídios * No 7°período (3B) se localiza a série dos Actinídios. Tabela periódica X Configuração eletrônica A posição de um elemento na tabela periódica está totalmente relacionado com a sua distribuição eletrônica. * O número do período indica o número de camadas ocupadas pelos elétrons do elemento. 1s2 2s2 2p5 Período: 11Na – portanto o Na está no 3o período. 3 camadas 1s2 2s2 2p6 3s1 1s2 2s2 2p6 3s1 portanto o F está no 2o período. 2 camadas 1s2 2s2 2p6 9F – Descubra a quais períodos pertencem os elementos abaixo: Zr 40 Não vale olhar na tabela!!! - 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d2 portanto o Zr está no 5o período. 5 camadas 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d2 5s2 1H - 1s1 1s2 portanto o H está no 1o período. 1 camada O no. do período corresponde ao da camada de valência. Camada de valência = última camada = camada mais externa Famílias ou grupos: Elementos representativos (IA a VIIIA): O número de elétrons que existem na última camada é igual ao número da família. Obs: isso só é válido para os elementos representativos (1A a 8A)!! 12Mg 1s2 2s2 2p6 3s2 - 1s2 2s2 2p6 3s2 2 elétrons na última camada. Mg pertence a família IIA 6C 1s2 2s2 2p2 - 1s2 2s2 2p2 4 elétrons na última camada. C pertence a família IVA (e- mais energético encontra-se no subnível d) Elementos da família B (elementos de transição): Uma das características desses elementos, é que o elétron mais energético encontra-se no subnível d . Ex: 22Ti - 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2 Lantanídeos e actinídeos (elementos de transição interna): (e- mais energético encontra-se no subnível f) Lantanídeos e actinídeos caracterizam-se por apresentar o elétron mais energético no subnível f. 57La -1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f1 Elementos de uma família apresentam mesma configuração eletrônica da camada de valência. ns2 np6ns2 np5ns2 np4ns2 np3ns2 np2ns2 np1ns2ns1e- na camada de valência VIIIAVIIAVIAVAIVAIIIAIIAIAFamília 12 E. 19. Complete as tabelas abaixo com o nome dos seguintes elementos químicos: NomeSímboloNomeSímbolo MnCo HgN NeO HeC SiP LiS CrW ZnF PtAg PbFe BrBa ClB MgK AuCa HNa E.20. Encontre a família e o período em que se encontram os elementos a seguir: a) 15P b) 20Ca E.21. Determine a posição do elemento Z = 11 na tabela (sem olhar na tabela). E.22. O elemento S se encontra no terceiro período e pertence à família do calcogênio (6A). Qual a configuração eletrônica de sua camada de valência. E.23. O elemento químico de número atômico 31 está localizado na tabela periódica em que família e período? E.24. Um determinado elemento químico está situado no quarto período da tabela periódica e pertence à família 6A. Qual é o número atômico deste elemento? E.25. Um átomo que tem numero de massa (A=81) e 46 nêutrons. A que família e período da tabela periódica este elemento pertence? E 26. Um átomo A tem um próton a mais que um átomo B. Sobre eles podemos afirmar: a) Se B for um metal alcalino-terroso, A será um metal alcalino; b) Se B for um gás nobre, A será um metal alcalino; c) Se B for um gás nobre, A será um halogênio; d) Se B for um metal de transição, A será um gás nobre; e) São isótopos. As propriedades periódicas variam na tabela, crescendo e decrescendo, com o aumento do Z. Propriedades Periódicas Raio atômico: Metade da distância entre dois núcleos de átomos do mesmo elemento (picometro – pm). 1 pm = 10-12 m a) Número de níveis energéticos (camadas): Quanto maior o número de camadas, maior será o raio atômico. Raio atômico: O raio atômico de um elemento depende: 19K – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 11Na – 1s2 2s2 2p6 3s1 3Li – 1s2 2s1 1H – 1s1 Aumento do raio atômico 1+ 11+ 19+3+ - - - - - - - - -- - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - b) Carga nuclear (número atômico): Em um mesmo período, quanto >>>> a carga nuclear, mais os e- são atraídos, diminuindo o raio atômico. O raio atômico de um elemento depende: Raio atômico: 3Li – 1s2 2s1 4Be – 1s2 2s2 6 C – 1s2 2s2 2p2 maior Z - maior atração 3+ 4+ 6+ 9+ 9F – 1s2 2s2 2p5 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Aumento do raio atômico 13 Raio atômico: Aumento da carga nuclear Aumento do número de camadas raio atômico Gráfico: Número atômico (Z) X Raio atômico Raio dos íons CCáátiontion: Contração da eletrosfera - raio do cátion é menor que o do átomo correspondente. ÂnionÂnion: Aumento do n° de elétrons – repulsão causa expansão da eletrosfera – raio do ânion é maior que o do átomo correspondente. 26Fe3+ 26Fe2+ 26Fe< < 16S2- 16S1- 16S>> 18 elétrons 17 elétrons 16 elétrons 23 elétrons 24 elétrons 26 elétrons ÍÍons ons isoeletrônicosisoeletrônicos:: 8O2- 9F1- 11Na1+ 12Mg2+> > > Raio dos íons Como estes íons possuem o mesmo número de elétrons.... ...o íon de maior número atômico (maior carga nuclear) terá o menor raio atômico!!! 10 elétrons 10 elétrons 10 elétrons 10 elétrons Todos estes íons possuem o mesmo número de elétrons... ... mas no Mg2+, estes elétrons são mais atraídos, pois a carga nuclear é maior. EnergiaEnergia necessnecessááriaria para remover um elétron de um átomo (ou íon) no estado gasoso. É medido em elétron- volt (eV). Na(g) + energia →→→→ Na+(g) + 1e- Quanto menor o raio atômico, maior a atração núcleo- eletrosfera e, portanto, mais difícil a remoção do elétron. Se a remoção do elétron é mais difícil, é necessária uma energia maior para isso ocorrer, portanto, maior será a energia de ionização. Conclusão: O potencial de ionização varia opostamente ao raio atômico. Energia ou potencial de ionização (PI): Li(g) →→→→ Li+(g) + 1e- 1.ºEI = 124kcal/mol Li+(g) →→→→ Li2+(g) + 1e- 2.ºEI = 1744kcal/mol Li2+(g) →→→→ Li 3+(g) + 1e- 3.ºEI = 2823kcal/mol A retirada do segundo elétron é sempre mais difícil do que a retirada do primeiro, e assim consecutivamente. 1.º EI < 2.º EI < 3.º EI <... Energia ou potencial de ionização (PI): 14 Variações nas energias de ionização sucessivas Há um acentuado aumento na energia de ionização quando um elétron mais interno é removido. Energia de ionização Energia ou potencial de ionização (PI): O aumento da energia de ionização é o inverso do aumento do raio atômico. Quanto menor o raio atômico, maior a atração pelos elétrons da última camada e portanto maior a energia para se retirar estes elétrons. Quantidade de energia envolvida quando um átomo, isolado no estado gasoso, recebe um elétron. Cl(g) + 1e- →→→→ Cl-(g) + energia Afinidade eletrônica (AE) ou eletroafinidade: A afinidade eletrônica na maioria dos casos é exotérmica, ou seja, ocorre com liberação de energia. Afinidade eletrônica O aumento da afinidade eletrônica é o inverso do aumento do raio atômico. Quanto maior a atração pelo elétron que está sendo adicionado, maior será a energia liberada e maior será a afinidade eletrônica Afinidade eletrônica (AE) ou eletroafinidade: Capacidade que os átomos de um determinado elemento possuem para atrair elétrons de uma ligação. Eletronegatividade: Pauling estabeleceu as eletronegatividades em uma escala de 0,7 (Cs) a 4,0 (F). F > O > N > Cl > Br > I > S >C > P = H > metais Fui Ontem No Clube, Briguei, I Sai Correndo Para o Hospital Eletronegatividade: Eletronegatividade O aumento da eletronegatividade é o inverso do aumento do raio atômico. Quanto menor o átomo, maior a atração pelos elétrons compartilhados em uma ligação 15 afinidade eletrônica eletronegatividade Lembre-se!!! O aumento da energia de ionização, afinidade eletrônica e eletronegatividade são opostas ao aumento do raio atômico. Resolver ex: 26 a 42!! E 27. Considere as seguintes transformações que envolvem o elemento sódio: Na(s) →→→→ Na(l) →→→→ Na(g) →→→→ Na+(g) + e- I II III Há absorção de energia na realização: a) Da transformação I, somente. b) Da transformação II, somente. c) Da transformação III, somente; d) Das transformações I e II, somente. e) Das transformações I, II e III. E 28. Na equação: Na(g) + energia →→→→ Na+(g) + e- , a energia necessária é 5,13 eV (elétrons-volt). A energia 5,13 eV é: a) Energia livre. b) Energia de ativação. c) 1ª energia de ionização. d) Energia de ligação. e) Eletroafinidade. E 29. Um elemento que apresenta átomos que têm raio atômico grande e pequena energia de ionização, provavelmente, é um: a) Metal b) Não-metal c) Semimetal d) Gás nobre e) Halogênio E 30. Qual é a afirmação correta? Quanto menor a energia de ionização de um elemento químico maior a sua tendência de: a) Perder elétrons e formar ânions. b) Perder elétrons e formar cátions. c) Ganhar elétrons e formar ânions. d) Ganhar elétrons e formar cátions. E 31. Dado um átomo X no estado gasoso: Teremos: (Justifique sua resposta) a) E1 = E2 = E3 b) E1 > E2 = E3 c) E1 = E2 < E3 d) E1 > E2 > E3 e) E1 < E2 < E3 X(g) →→→→ X+(g) →→→→ X2+(g) →→→→ X3+(g) E1 E2 E3 E 33. Como é chamada a energia liberada quando um elétron é adicionado a um átomo neutro gasoso? E 34. Julgue as afirmativas a seguir como sendo verdadeiras ou falsas: a) (___) Os raios iônicos dos ânions são menores do que os dos respectivos átomos neutros que os originam. b) (___) As propriedades dos átomos e de seus íons de origem são muito dependentes dos elétrons de valência. c) (___) As energias de ionizações dos íons são idênticas às dos respectivos átomos de origem. d) (___) A energia de ionização do bromo é maior do que a do cloro, posto que seu raio atômico é maior. E. 35. Em cada item, coloque as espécies químicas em ordem crescente de tamanho. Redija um parágrafo para justificar sua escolha em cada item. a) 17Cl+, 17Cl e 17Cl- b) 10Ne, 7N3- , 11Na+, 8O2-, 12Mg2+ e 9F- 16 c) 13Al, 11Na, 16S, 12Mg e 18Ar d) 3Li, 55Cs, 37Rb, 11Na, 19K E 36. Observe a tabela abaixo: De acordo com os dados da tabela, é possível verificar que há um aumento acentuado na 2ª. energia de ionização do lítio, já no caso do magnésio, este aumento acentuado ocorre somente na 3ª. energia de ionização. Proponha uma explicação para essa ocorrência. 80,1157,612Magnési o 75,65,43Lítio 3ª.2ª.1ª.ZElement o Energia de ionização (eV) E 37. Considere os seguintes átomos neutros: A (18 elétrons), B (17 elétrons), C (11 elétrons) e D (2 elétrons). a) A que famílias pertencem? b) Coloque-os em ordem crescente dos potenciais de ionização. Justifique sua resposta. E 38. Coloque os elementos 13Al, 18Ar, 15P, 11Na, 9F e 7N em ordem crescente de afinidade eletrônica. E 39. As afirmações abaixo são verdadeiras (V) ou falsas (F)? Justifique. ( ) A energia de ionização em uma família aumenta de baixo para cima. ( ) O tamanho do átomo em um período aumenta da direita para a esquerda ( ) Em um período, a eletroafinidade diminui da direita para a esquerda. ( ) No período, quanto maior o número atômico maior será o raio atômico. E 40. Considerando um grupo ou família na tabela periódica, podemos afirmar em relação ao raio atômico: a) Aumenta com o aumento do número atômico, devido ao aumento do número de camadas. b) Não sofre influência da variação do número atômico. c) Diminui a medida que aumenta o número atômico, devido ao aumento da força de atração do núcleo. d) Diminui com o aumento do número atômico, devido ao aumento do número de elétrons. E 41. Dadas as configurações eletrônicas dos seguintes átomos no seu estado fundamental: I. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 II. 1s2 2s2 2p6 3s2 III. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 IV. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 Está errado afirmar que: a) O átomo I tem maior potencial de ionização. b) A perda de 2 elétrons pelo átomo II leva à formação do cátion Mg2+ c) O átomo III tem a maior afinidade eletrônica. d) O átomo IV é um halogênio. E 41. Responda: a) Por que o F tem maior energia de ionização que o O? b) Por que a segunda energia de ionização é sempre maior que sua primeira energia de ionização? 17 LIGAÇÕES QUÍMICAS Exemplo: Para o elemento Oxigênio (O) São encontradas moléculas de O2, O3(Onde átomos de oxigênio estão combinados entre si) Ou então CO, CO2, H2CO3 (Onde átomos de oxigênio se combinam com átomos de outros elementos) A maioria dos elementos não existem isolados. Por que a maioria dos átomos forma ligações, e os gases nobresnão? Uma molécula somente será formada se esta for mais estável e tiver menor energia do que os átomos individuais. Apenas os gases nobres (He, Xe, Ar, Kr, Xe e Rn), em condições ambientes, são encontrados isolados, ou seja, não combinados com outros átomos. TEORIA DO OCTETO � Todos os gases nobres, com exceção do He, têm uma configuração s2p6. � A regra do octeto: os átomos tendem a ganhar, perder ou compartilhar elétrons até que eles estejam rodeados por 8 elétrons de valência (4 pares de elétrons). Se o átomo possuir apenas a primeira camada, ele deve adiquirir 2 elétrons de valência (semelhante ao hélio). � Cuidado: existem várias exceções à regra do octeto. 6 (P) - 81s2,2s2,2p6,3s2,3p6,3d10,4s2,4p6,4d10,5s2,5p6,4f14, 5d10,6s2,6p6 Radônio (Rn) 5 (O) - 81s2,2s2,2p6,3s2,3p6,3d10,4s2,4p6,4d10,5s2,5p6Xenônio (Xe) 4 (N) - 81s2,2s2,2p6,3s2,3p6,3d10,4s2,4p6Criptôni o (Kr) 3 (M) - 81s2,2s2,2p6,3s2,3p6Argônio (Ar) 2 (L) - 81s2,2s2,2p6Neônio (Ne) 1 (K) - 21s2Hélio (He) Elétrons na última camada Configuração eletrônicaGás nobre Configurações eletrônicas para os gases nobres: Os gases nobres possuem a camada de valência completa, e portanto não precisam se ligar para ficarem estáveis. Observações Importantes... Os outros elementos, precisam completar 8 elétrons na última camada (com exceção da camada K, que são 2) para ficarem estáveis e igualar a sua configuração eletrônica a de um dos gases nobres. Como adquirir esta configuração estável? LIGAÇÃO IÔNICA Ligação entre íons de carga oposta. Ocorre através de uma transferência de elétrons de um átomo para outro, originando um composto (iônico) mais estável. 1s2 2s2 2p6 3s1 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 1s2 2s2 2p6 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 Na (11p e 11 e-) Cl (17p e 17 e-) Na+(11p e 10 e-) Cl- (17p e 18 e-) 18 3) Atração eletrostática entre os íons sódio e cloreto formados: 1) Perda de um elétron pelo Na (formação de cátion): 11Na + PI → 11Na+ + 1e-(11p e 11e-) (energia absorvida) (11p e 10e-) (elétron liberado) O cátion (Na+) e o ânion (Cl-) são atraídos por forças eletrostáticas, e isso libera uma grande quantidade de energia. 17Cl + 1 e- → 17Cl- + energia (17p e 17e-) (elétron adicionado) (17p e 18e-) (energia liberada) Na+ Cl- 2) Ganho de elétron pelo Cl (formação de ânion): LIGAÇÃO IÔNICA LIGAÇÃO IÔNICA � A transferência de elétrons envolve sempre o nível de valência dos átomos (os elétrons saem do último nível de um átomo e vão para o último nível do outro). � Em geral, a ligação iônica ocorre entre metais e ametais: Observações importantes... Metais: formam os cátions, pois tem tendência a perder elétrons com facilidade (baixa energia de ionização). Ametais: formam os ânions, pois tem tendência a receber elétrons com facilidade (alta energia de ionização e alta afinidade eletrônica). LIGAÇÃO IÔNICA Observações importantes... * Cátions e ânions atraem-se mutuamente, formando um sólido iônico, com os íons em posições bem definidas, em um arranjo geométrico denominado retículo cristalino. Estrutura cristalina do NaCl • O NaCl forma uma estrutura muito regular na qual cada íon Na+ é circundado por seis íons Cl-. • Similarmente, cada íon Cl- é circundado por seis íons Na+. • Há um arranjo regular de Na+ e Cl- em 3D. •Observe que os íons são empacotados o mais próximo possível. •Não é fácil encontrar uma fórmula para descrever a rede iônica. Estrutura do NaCl � Apresentam elevados pontos de fusão (devido a grande intensidade das forças de atração entres os íons). Os compostos iônicos são todos sólidos a temperatura ambiente. MgO: ponto de fusão = 2800 ºC PROPRIEDADES DOS COMPOSTOS IÔNICOS NaCl: ponto de fusão = 807 ºC � São quebradiços PROPRIEDADES DOS COMPOSTOS IÔNICOS � Os compostos iônicos não conduzem corrente elétrica no estado sólido. Pois neste caso existem os íons, mas eles estão presos na estrutura cristalina. � Os compostos iônicos conduzem corrente elétrica no estado líquido (quando fundidos). Pois neste caso os íons estão livres. estado sólido estado líquido 19 � Os compostos iônicos, quando dissolvidos em água, conduzem a corrente elétrica. Isto ocorre, pois nestes dois casos também existem íons livres. Cristal de NaCl NaCl dissolvido: íons Na+ e Cl- em solução PROPRIEDADES DOS COMPOSTOS IÔNICOS Como escrever fórmulas iônicas: Qual é a fórmula do composto formado entre Al e O? 1) Verifique quais são os cátions e ânions prováveis: 13Al – 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p1 3 elétrons na última camada. Al tende a perder estes elétrons se transformando no cátion Al+3. 8O - 1s2, 2s2, 2p4 6 elétrons na última camada. O tende a ganhar dois elétrons para completar o octeto, se transformando no ânion O2-. Al3+ O2- obtemos o composto iônico Al2O3 Como escrever fórmulas iônicas: Qual é a fórmula do composto formado entre Al e O? 2) Escrever primeiro o cátion e depois o ânion. 3) Toda fórmula é eletricamente neutra, ou seja, a soma das cargas positivas sempre será igual a soma das cargas negativas. Para isso, “cruze os valores das cargas”: 2 Al+3 = +6 (seis cargas positivas) 3 O-2 = -6 (seis cargas negativas) Al2O3 0 (fórmula eletricamente neutra) 4) Escrever a fórmula mínima para os compostos. O composto formado entre Ca e O não é Ca2O2, e sim CaO. Cargas dos íons s1 s2 s2p1 s2p2 s2p3 s2p4 s2p5 s2p6 NitretoN 3- Azoteto/ AzidaN3 - Nitrato NO3 - Nitrito NO2 - Nitrogênio Tetraborato B4O7 2- Borato BO3 3- Arsenato AsO4 3- Arsenito AsO3 3- Dicromato Cr2O7 2- Cromato CrO4 2- Óxido O 2- HidretoH - Hidróxido OH - Manganito MnO3 2- Manganato MnO4 2- Permanganato MnO4 - Outros ânions PeriodatoO4 - Iodato IO3 - HipoioditoIO - BromatoBrO3 - HipobromitoBrO - PercloratoClO4 - Clorato ClO3 - Clorito ClO2 - Hipoclorito ClO - Iodeto I - Brometo Br - Cloreto Cl - Fluoreto F - Flúor TetrationatoS4O6 2- PersulfatoS2O8 2- HipossulfitoS2O4 2- TiossulfatoS2O3 2- Sulfito SO3 2- Sulfato SO4 2- Sulfeto S 2- Enxofre HipofosfatoP2O 4- PirofosfatoP2O7 4- FosfetoP 3- OrtofosfatoPO4 3- Fosfito HPO3 2- HipofosfitoH2PO2 - MetafosfatoPO3 - Fósforo Carbeto / Acetileto C2 2- Carbeto / Metaneto C 4- Ferrocianeto [Fe(CN)6 ] 4- Ferricianeto [Fe(CN)6 ] 3- Oxalato C2O4 2- Formiato HCO 2- Carbonato CO3 2- Acetato C2H3O2 - Tiocianato CNS - Cianato CNO - Cianeto CN - Carbono Exemplos de ânions e seus respectivos nomes Bismuto Bi3+ Alumínio Al3+ Trivalentes Cádmio Cd2+ Zinco Zn2+ Rádio Ra2+ Bário Ba2+ Estrôncio Sr2+ Cálcio Ca2+ Magnésio Mg2+ BerílioBe2+ Bivalentes AmônioNH4+ PrataAg+ FrâncioFr+ CésioCs+ RubídioRb+ PotássioK+ SódioNa+ LítioLi+ Monovalentes Pt4+ (platínico) Pt2+ (platinoso) Ti4+ (titânico) Ti2+ (titanoso) Pb4+ (plúmbico) Pb2+ (plumboso) Sn4+ (estânico) Sn2+ (estanoso) Mn4+ (mangânico) Mn2+ (manganoso) Cr3+ (crômico) Cr2+ (cromoso) Ni3+ (niquélico) Ni2+ (niqueloso) Co3+ (cobáltico) Co2+ (cobaltoso) Hg2+ (mercúrico) Hg22+ (mercuroso) Fe3+ (férrico) Fe2+ (ferroso) Cu2+ (cúprico)Cu+ (cuproso) Au3+ (aurico)Au+ (auroso) TetravalentesTrivalentesBivalentesMonovalentes Cátions com mais de uma valência Exemplos de cátions e seus respectivos nomes 20 E 43. Dê a fórmula do composto resultante da união entre os átomos dos elementos: a) Mg e O c) Ca e I e) Na e S g) Mg e N i) Al e O b) Ca e H d) Mg e Br f) Al e Cl h) Cs e O j) O e K E 44. O átomo de alumínio tem configuração 2 – 8 – 3; o de oxigênio 2 – 6. a) Quais as configurações dos íons formados? b) Qual a fórmula do composto resultante.E 45. Determine a fórmula e o nome dos compostos formados pelos seguintes cátions e ânions: a) Ni2+ e Cl- b) Al3+ e F- c) Na+ e PO43- d) Al3+ e SO42- e) Ca2+ e P2O74- f) K+ e [Fe(CN)6]3- g) Fe3+ e PO43- h) Ca2+ e PO43- i) Pb4+ e SO42- j) Fe3+ e CO32- k) Ni2+ e NO3- l) Cu+ e HPO32- E 46. O elemento 19A combina-se com 34B. Qual é a fórmula do composto formado e qual o tipo de ligação estabelecida? E 47. Dos compostos abaixo, assinale o único iônico: a) HF b) PCl3 c) CCl4 d) CaO e) H2S E 48. Sejam os elementos X, com 53 elétrons, e Y, com 38 elétrons. Depois de fazermos a sua distribuição eletrônica, podemos afirmar que o composto mais provável formado pelos elementos é: a) YX2 b) Y3X2 c) Y2X3 d) Y2X e) YX E 49. Um elemento A tem 6 elétrons na sua última camada. Sobre ele, todas as afirmações a seguir são corretas, exceto: a) Forma um composto iônico ao se ligar a um elemento do grupo 1A. b) Pode formar composto com o hidrogênio na proporção de 1:2. c) Ao se ligar ao flúor, será o elemento menos eletronegativo do composto. d) Este elemento pode ser o oxigênio ou o enxofre. e) Este elemento é um halogênio. E 50. Qual é a fórmula do composto resultante da união dos elementos 16X e 20Y? E 52. A única fórmula correta, que se obtém ao se fazer a combinação entre os íons: K+; Fe2+; Al3+, SO42- e OH- é: a)Fe3(SO4)2 b) KSO4 c) Al(OH)3 d) Fe(OH)3 e) K(OH)2 E 51. Qual é a fórmula do composto resultante da união de átomos de um elemento X, do grupo 1A, com átomos de outro elemento Y, do grupo 5A? E 53. Um elemento metálico X reage com enxofre, dando um composto de fórmula XS. Um outro elemento Y, também metálico, reage com enxofre, dando um composto de fórmula Y2S. A que grupos da Tabela Periódica pertencem os elementos X e Y? LIGAÇÃO COVALENTE � Ligação entre ametal-ametal ou ametal-hidrogênio. O par eletrônico pertencerá a ambos os átomos da ligação Cada átomo de H possui um elétrons na última camada � Compartilham os elétrons da última camada para atingir a configuração de um gás nobre. 21 O compartilhamento de elétrons se dá porque o núcleo de um átomo atrai os elétrons de valência do outro átomo e vice-versa. + - repulsão repulsão atração + - LIGAÇÃO COVALENTE Existe uma distância, chamada de comprimento de ligação, em que há um equilíbrio entre as forças de atração e de repulsão. Fórmula eletrônica ou de Lewis Como representar a ligação covalente: ........ H2 H Fórmula molecular Fórmula estrutural H HH OBS: O hidrogênio não é um metal, (apesar de ser encontrado na família 1A). Este elemento tende a ganhar um elétron e igualar a sua configuração eletrônica à do gás nobre Helio. Símbolos de Lewis • Representamos os elétrons como pontos ao redor do símbolo do elemento. • O número de elétrons disponíveis para a ligação é indicado por pontos desemparelhados. (Obs: O número de elétrons disponíveis são os da última camada, indicado pela família a qual o elemento pertence) • Esses símbolos são chamados símbolos de Lewis. • Geralmente colocamos os elétrons nos quatro lados de um quadrado ao redor do símbolo do elemento. Estruturas de Lewis para os compostos iônicos Estrutura de Lewis As ligações covalentes podem ser representadas pelos símbolos de Lewis dos elementos: Nas estruturas de Lewis, cada par de elétrons em uma ligação é representado por uma única linha: Cl + Cl Cl Cl Cl Cl H F H O H H N H H CH H H H 22 Ligações múltiplas É possível que mais de um par de elétrons seja compartilhado entre dois átomos (ligações múltiplas): • Um par de elétrons compartilhado = ligação simples (Ex: H2) H – H • Dois pares de elétrons compartilhados = ligação dupla (Ex: O2); .. .. O = O .. . . .. . . •Três pares de elétrons compartilhados = ligação tripla (Ex: N2). .. .. N ≡ N Obs: Em geral, a distância entre os átomos ligados diminui à medida que o número de pares de elétrons compartilhados aumenta. Ex1: Hidrogênio com hidrogênio 1H: 1s1 H H+ H H H2 H H Cl + 17Cl: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p5Ex2: Cloro com cloro Cl Cl Cl Cl2 Cl Cl Para ligar dois átomos é fácil !!! 8O: 1s2, 2s2, 2p4 O O+ Ex3: oxigênio com oxigênio O2 O OO O 7N: 1s2, 2s2, 2p3 N N+ Ex4: nitrogênio com nitrogênio N2 N NN N Ex1: hidrogênio com oxigênio OH H+O H H H2O O H H 8O: 1s2, 2s2, 2p4 1H: 1s1 Ex2: carbono com cloro 6C: 1s2, 2s2, 2p2 17Cl: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p5 C Cl Cl Cl Cl + C Cl Cl Cl Cl CCl4 CCl Cl Cl Cl E como fazer para ligar mais de dois átomos??? Regras para facilitar a construção de uma estrutura de Lewis Primeiro exemplo: a molécula de CO2 1) Determine o número de elétrons de valência dos átomos que serão conectados. C - tem quatro elétrons de valência x 1 carbono = 4 e- O - tem seis elétrons de valência x 2 oxigênios = 12 e- 16 e- (total de elétrons a serem utilizados na estrutura de Lewis) 2) Determine qual é o átomo central: Neste caso o átomo central será o Carbono -O átomo central é geralmente o átomo de maior raio. -Frequentemente temos como átomo central C, N. P, S. -Halogênios são normalmente átomos terminais, porém nos oxiácidossão os átomos centrais, ex: HClO4. -Hidrogênio é sempre átomo terminal. 3) Conecte o átomo central aos outros átomos na molécula com ligações simples. ...até aqui foram utilizados 4 elétrons dos 16 à disposição. 4) Complete a camada de valência dos átomos da periferia da molécula. ... agora foram utilizados todos os 16 elétrons disponíveis. 5) Coloque quaisquer elétrons remanescentes sobre o átomo central. Nã o es qu ec er !!! Não existem mais elétrons disponíveis nesse exemplo. 6) Se.... a camada de valência do átomo central está completa, você acaba de desenhar uma Estrutura de Lewis aceitável. ... Portanto esta não é uma estrutura de Lewis aceitável. Este não é o caso deste exemplo. O carbono está com o octeto incompleto (ele só tem 4 elétrons a sua volta, e ele precisa de 8). 23 7) Se... a camada de valência do átomo central não está completa, use um par solitário de um dos átomos da periferia para formar uma ligação dupla daquele átomo com o átomo central. Continue o processo de fazer múltiplas ligações dos átomos periféricos com o átomo central, até que a camada de valência do átomo central esteja completa. estrutura correta!!! Segundo exemplo: a molécula de H2SO4 (ácido sulfúrico) 1) H - tem um elétron de valência x 2 hidrogênios = 2 e- S - tem seis elétrons de valência x 1 enxofre = 6 e- O - tem seis elétrons de valência x 4 oxigênios = 24 e- 32 e- (total de elétrons a serem utilizados na estrutura de Lewis) 2) Encontre o átomo central: O átomo central é o enxofre 3) Conecte os átomos: Para conectar os átomos em um oxiácido (HyXOz), existe uma regrinha fácil !! Quando se tratar de um ácido (oxiácido), como neste exemplo (H2SO4), conecte os átomos da seguinte maneira: a) ligue todos os hidrogênios nos oxigênios e estes no átomo central (H-O-X): H O S O H Regra para conectar os átomos em um oxiácido: b) Só depois ligue os outros oxigênios ao átomo central Nã o es qu ec er !!! H O S O H O O 3) ...Até agora foram utilizados 12 dos 32 elétrons. H O S O H O O .. .. .. .. .. : : :: 4) Complete a camada de valência dos átomos da periferia da molécula. ...Agora todos os elétrons foram utilizados. Não existem mais elétrons disponíveis nesse exemplo, e nem espaço ao redor do átomo central. 5) Coloque quaisquer elétrons remanescentes sobre o átomo central. 6) Se.... a camada de valência do átomo centralestá completa, você acaba de desenhar uma Estrutura de Lewis aceitável. estrutura correta!!! . . H O S O H O O .. .. .. .. .. : : :: . . Características da ligação covalente � Somente participarão da ligação covalente os elétrons de valência, ou seja, os elétrons do último nível de energia de cada átomo. � Ocorre entre ametais e hidrogênio (pois são espécies que necessitam de elétrons para completar o seu octeto). Não usar símbolos diferentes para representar os elétrons!! �O compartilhamento de elétrons para formar uma ligação covalente não significa compartilhamento igual daqueles elétrons. �Existem algumas ligações covalentes nas quais os elétrons estão localizados mais próximos a um átomo do que a outro. �O compartilhamento desigual de elétrons resulta em ligações polares. Características da ligação covalente 24 Sobreposição frontal dos orbitais LIGAÇÃO SIGMA (σσσσ) LIGAÇÃO PI Sobreposição lateral dos orbitais LIGAÇÃO PI (pipipipi) LIGAÇÃO DUPLA (1 SIGMA + 1 PI) pipipipi σσσσ σσσσ σσσσpipipipi σσσσσσσσ C C H H H H σσσσ σσσσ σσσσσσσσ σσσσ pipipipi LIGAÇÃO TRIPLA (1 SIGMA + 2 PI) σσσσ pipipipi pipipipi σσσσ σσσσ C C HH σσσσ pipipipi σσσσσσσσ pipipipi LIGAÇÃO IÔNICA X LIGAÇÃO COVALENTE átomos átomos compartilhamento de elétrons transferência de elétrons molécula Íon positivo Íon negativo Ligação covalente Ligação iônica Exceções à Regra do Octeto 25 E 54. Faça as fórmulas de Lewis e as estruturais para as seguintes moléculas: a) H2O b) N2 c) H2CO3 d) H2BrO4 e) NH4 f) SiO2 LIGAÇÃO METÁLICA Ligação entre metais � Condutividade elétrica; � Condutividade térmica; � Ductibilidade (formação de fios); � Maleabilidade (formação de lâminas); � Brilho metálico. Propriedades Em um sólido metálico, os cátions estão dispostos em um arranjo regular e os elétrons estão deslocalizados sobre o cristal. LIGAÇÃO COVALENTE POLAR Um dos átomos envolvidos na ligação é mais eletronegativo que o outro. Ligação covalente polar O Cloro atrai mais os elétrons da ligação para si, deslocando a densidade eletrônica para o seu lado. F > O > N > Cl > Br > I > S >C > P = H > metais Os elétrons são atraídos com igual intensidade por ambos os núcleos. LIGAÇÃO COVALENTE APOLAR Ligação covalente apolar F > O > N > Cl > Br > I > S >C > P = H > metais CH4Tetraédrica109°28’04 NH3Piramidal107°48’13 BF3Trigonal plana 120°03 H2O, SO2Angular104°27’1 ou 22 BeCl2Linear180°02 ExemploGeometria da molécula Ângulos entre os pares de elétrons OrientaçãoNo. de pares de elétrons isolados No. de átomos ligados ao átomo central MOLÉCULAS POLARES X MOLÉCULAS APOLARES 26 Alinhamento das moléculas polares na presença de um campo elétrico 3) Considerar cada seta como sendo um vetor e encontrar a resultante (µ); Como prever se uma molécula é polar ou não? Ex: SO2 1) Desenhar a fórmula estrutural ou a de Lewis da molécula (especificando qual é a geometria); 2) Desenhar em cada ligação polar uma seta orientada para o átomo mais eletronegativo da ligação; S+ O O µµµµ ≠ 0 S+ O Oµµµµ S+ O O .. Regras para prever polaridade a partir da geometria molécula linear angular piramidal ou POLAR trigonal plana tetraédrica ou ou Os átomos ligados no átomo central são iguais? SIM APOLAR NÃO POLAR Determine se as moléculas HCl, NH3, BF3, CCl4 e CH3Cl são polares ou apolares. Polar Polar PolarApolar Apolar .. Determine se as moléculas CO2 e H2O são polares ou apolares. CO2 H2O Determine se as moléculas CF4 e CH2F2 são polares ou apolares. CF4 CH2F2 27 A molécula de ácido acético é polar? A molécula não é simétrica. Possui uma densidade negativa na região dos oxigênios por estes serem bastante eletronegativos. Ácido acético Observações: Resultado: A molécula de ácido acético é polar. Determine a geometria das seguintes moléculas e diga se estas moléculas são polares ou apolares: a) BeCl2 b) BH3 c)AsH3 d) CH2Br2 e) H2S f) TeO2 g)HBr h) N2 i) SiO2 j) CHF3 Determine a geometria dos átomos selecionados e diga se estas moléculas são polares ou apolares: C OH H HH C O H OH C CH2 H CH3 CH3 O CH3 CH3 C C H Forças intermoleculares Forças intermoleculares São forças que mantém as moléculas unidas nos estados sólido e líquido. Fornecendo calor Sólido Líquido Gasoso Estados físicos da H2O sólido líquido gasoso 28 Revisando..... Moléculas polares: Resultante (µµµµ) ≠ 0 Moléculas apolares: Resultante (µµµµ) = 0 Compostos iônicos: Dependendo do tipo de substância, as forças que unem as moléculas são diferentes. Para moléculas polares: Interação dipolo-dipolo Interação dipolo-dipolo H H Br Br F O N Cl Br I S C P H eletronegatividade O dipolo de uma molécula atrai o dipolo de outra molécula Interação dipolo-dipolo Moléculas de HCl (ácido clorídrico) Moléculas de acetona Para moléculas polares: Ligação de hidrogênio Interação existente entre moléculas que possuem hidrogênio ligado a F, O ou N O dipolo formado nestas moléculas é mais forte do que aquele mostrado anteriormente F O N Cl Br I S C P H eletronegatividade grande ≠ de eletronegatividade Ligação de hidrogênio na água Forte momento dipolar 29 Ligação de hidrogênio Dipolo instantâneo-dipolo induzido Para moléculas apolares: Forças de London ou + + átomo A átomo B Dipolo instantâneo-dipolo induzido ou Forças de London + + átomo A átomo B δδδδ−−−− δδδδ++++ em uma fração de segundo, a nuvem eletrônica se desloca para um dos extremos da molécula A gerando um dipolo instantâneo. + + δδδδ−−−− δδδδ++++ átomo A δδδδ−−−− δδδδ++++ átomo B A extremidade positiva deste dipolo atrai os elétrons da molécula vizinha (B) gerando um dipolo induzido "Full, Adhesive force of a single gecko foot-hair" (Autumn, K. et al., Nature 405, 681-685 (2000)) Forças de Van der Waals Prevendo pontos de fusão e ebulição!! I) Para moléculas com massas moleculares aproximadamente iguais: Au m e n to do s po n to s de fu s ão e e bu liç ão Ligações de hidrogênio Ocorre em moléculas polares onde o H esta ligado em F, O ou N. dipolo-dipolo Ocorre em moléculas polares com exceção das que fazem ligação de H. (ou força de dispersão de London) dipolo instantâneo-dipolo induzido Ocorre em moléculas apolares. 30 II) Para moléculas com o mesmo tipo de interação intermolecular: Prevendo pontos de fusão e ebulição!! Quanto maior a massa molecular, maior serão os pontos de fusão e ebulição. F2 < Cl2 < Br2 < I2 MM : (38) (71) (160) (254) PE : ( –188°C) (– 34°C) (53°C) (184°C) Exemplo: III) Ramificação da cadeia: Prevendo pontos de fusão e ebulição!! CH3| CH3 – C – CH3| CH3 Molécula apolar MM = 72 PE = 9,5° C Para moléculas com mesmo tipo de força intermolecular e mesma massa molecular, quanto mais ramificada a molécula, menor será o ponto de ebulição. CH3 – CH – CH2 – CH3| CH3 Molécula apolar MM = 72 PE = 28°C E o que ocorre com os compostos iônicos? fusão O ponto de fusão dos compostos iônicos é bastante elevado. A aranha caminha sobre a água sem afundar. Porque? Propriedade do líquido que faz com que sua superfície tenha um "comportamento elástico". Tal propriedade é resultante das forças de interação entre moléculas. Tensão Superficial 31 1. Pegue a agulha pelo meio com a pinça. 2. Coloque a agulha com cuidado na xícara comágua, deixando-a boiando. 3. Pingue uma gota de detergente na água com o conta-gotas. EXPERIMENTO ????? O QUE ACONTECE??? A agulha afunda. ????? Para que algum objeto afunde na água, primeiro ele precisa romper a superfície. Por causa da tensão superficial, a superfície da água fica mais resistente. A agulha estava flutuando por causa da tensão superficial, que agüenta o peso da agulha. Quando foi misturado detergente na água, diminuiu a tensão superficial, que não agüentou o peso da agulha e a agulha afundou. � A gota de água que se forma numa torneira mantém sua forma devido a elasticidade na superfície da gota. � Num copo cheio de água, podemos acrescentar pequenos objetos sem que a água transborde. Isto ocorre porque a superfície da água comporta-se elasticamente. Outras situações interessantes... 1. As ligações de hidrogênio formadas entre moléculas de água, HOH, foram representadas ao lado. Com base neste modelo, represente as ligações de hidrogênio que existem entre moléculas de amônia, NH3 . Exercícios 2. A tensão superficial, que provém das forças de atração intermoleculares, é maior na água (H2O) ou no éter etílico (CH3CH2OCH2CH3)? Por quê? 4. Identificar quais as moléculas seguintes podem fazer ligações do tipo ligação de hidrogênio entre si. a) CO2 b) NH3 c) CH4 CH3 CH2 C O H CH3 CH2 C O OH CH3 CH2 C O O CH3 d) e) f) g) O2 5. Hierarquize, justificando, por ordem crescente da temperatura de ebulição os seguintes compostos: I) RbF II) CO2 III)CH3OH IV)CH3Br 6. Proponha, justificando, uma ordem crescente de pontos de ebulição para as seguintes substâncias: I) H2O II) H2S III) H2 IV) NaCl V) CaO 7. Como explica que à temperatura ambiente e pressão de 1atm, o metanol CH3OH, é um líquido e o metanotiol, CH3SH, é um gás? 8. Entre n-pentano e neo-pentano, qual compostos apresenta maior ponto de ebulição? Justifique. CH3 CH2 CH2 CH2 CH3 C CH3 CH3 CH3 CH3 n-pentano neo-pentano Forças Intermoleculares x Solubilidade Solubilidade do NaCl em H2O 32 Solubilidade da glicose em H2O Compostos Hidrofílicos Acidez e basicidade 1) Definição de Arrhenius: "Ácido é toda substância que em solução aquosa produz íons H+, como único tipo de cátion." "Base é toda substância que, dissolvida em água, produz íons hidróxido como único tipo de ânion." HCl H+ + Cl- H2O NaOH Na+ + OH-H2O Hidrogênio ácido ou hidrogênio ionizável: Para se transformar em H+, o H precisa estar ligado em átomo bastante eletronegativo. C H H H C O O H P O O H O H H Onde: H são hidrogênios ionizáveis H são hidrogênios não ionizáveis É todo hidrogênio capaz de se transformar em H+. GRAU DE IONIZAÇÃO (αααα): HX H+ + X-H2O Início - 1000 0 0 Exemplo: Se em 1000 moléculas do ácido somente 400 sofreram ionização, teremos: Ionização - - 400 400 400 Final - 600 400 400 αααα = número de moléculas ionizadas número de moléculas dissolvidas αααα = 400 = 0,4 = 40 % 1000 Relação entre a quantidade de moléculas dissociadas e o total de moléculas dissolvidas. CLASSIFICAÇÃO DO ÁCIDO QUANTO À FORÇA Quanto mais forte o ácido, maior a sua capacidade em se ionizar. Ácidos fortes: αααα > 50% Ácidos moderados ou semifortes: 5 % < αααα < 50 % Ácidos fracos: αααα < 5 % HIO3 HSCN H2SO4 HNO3 HClO4 HI HBr HCl ÁCIDOS FORTES 33 Ácido forte (Ex: HCl): apresenta-se muito ionizado HCl H+(aq) + Cl-(aq)H2O αααα = 92% Ácido moderado (Ex: HF): apresenta-se pouco ionizado HF H+(aq) + F-(aq) H2O αααα = 8% Ácido fraco (Ex: HCN): poucas moléculas se ionizam em água HCN H+(aq) + CN-(aq) H2O αααα = 0,008% 1) Dê as equações de ionização parcial e total dos seguintes ácidos: HI + H2O HNO3 + H2O H2SO4 + H2O H2CO3 + H2O 2) Dê os nomes dos ácidos acima e dos respectivos ânions formados. Para nomear e escrever fórmulas de oxiácidos: Utilizar a tabela de ânions e as conversões abaixo: ídricoeto icoato osoito ácidoânion Ex: Para determinar a fórmula do ácido manganoso: I) Fazer a conversão usando a tabela acima: oso ito II) Procura na tabela de ânions o anion manganito: MnO3-2 III) Acrescentar os hidrogênios na fórmula: H2MnO3 Obs: A carga negativa do ânion (neste caso, -2) indica o número de hidrogênios o ácido deve ter. CLASSIFICAÇÃO DOS ÁCIDOS QUANTO À PRESENÇA OU NÃO DE OXIGÊNIO. * Hidrácidos: ácidos que não tem oxigênio na molécula. Ex: HCl, HBr, HF * Oxiácidos: ácidos que tem oxigênio na molécula. Ex: H2SO4, HNO3 34 BASES: Definição de Arrhenius: Base é toda substância que, dissolvida em água, dissocia-se, fornecendo como ânion somente íons OH- (hidróxido). Exemplos: NaOH Na+ + OH-H2O Ba(OH)2 Ba2+ + 2OH- H2O NOMENCLATURA DAS BASES hidróxido de ______________ nome do cátion Exemplos: NaOH – hidróxido de sódio Al(OH)3 – hidróxido de alumínio NH4OH – hidróxido de amônio Quando o cátion tem número de oxidação variável: I) indica-se o número de oxidação com algarismo romano. Exemplos: CuOH – hidróxido de cobre I Cu(OH)2 – hidróxido de cobre II (Para saber os diferentes nox para os cátions, consultar a tabela de cátions). Exemplos: Fe(OH)2 – hidróxido ferroso Fe(OH)3 – hidróxido férrico Ou II) atribuir o sufixo ico, para o maior nox, e oso para o menor nox. NOMENCLATURA DAS BASES CLASSIFICAÇÃO DAS BASES QUANTO À FORÇA Bases fortes: * apresentam αααα elevado * são as bases de metais alcalinos e alcalinos terrosos Ex: NaOH, Ba(OH)2 Bases fracas: * apresentam αααα baixo * são as demais bases Ex: NH4OH, Fe(OH)3 SAIS Definição de Arrhenius: Sal é todo composto que apresenta um cátion proveniente de uma bases e um ânion proveniente de um ácido. NaOH Na+ + OH-H2O HCl H+ + Cl-H2O NaCl é um sal NaOH + HCl NaCl + H2O Reação de neutralização: reação química que ocorre na mistura de um ácido com uma base, produzindo sal e água. nome do cátion NOMENCLATURA DOS SAIS de ______________ Exemplos: NaCl – cloreto de sódio Al(SO4)3 – sulfato de alumínio NH4NO3 – nitrato de amônio Fe2(SO3)3 – sulfito férrico ou sulfito de ferro III ______________ nome do ânion Por que as reações químicas ocorrem? Substâncias menos estáveis Substâncias mais estáveis Equações químicas Representação gráfica das reações químicas utilizando fórmulas químicas. NaCl(s) + AgNO3(aq) →→→→ AgCl + NaNO3(aq) 35 Balanceamento da equações químicas Método por tentativa ou direto 1- Escolha o elemento que apareça apenas uma vez nos reagente e uma vez nos produtos. 2- Se existir mais de um elemento que obedeça a regra anterior, optar pelo que tenha a maior somatória de índices. 3- Utilize os índices deste elemento como coeficientes no outro membro da equação. 4-Observe os elementos que já estão balanceados, utilizando- os para balancear o restante. Obs: Sempre um balanceamento deve ter o menor conjunto de números inteiros possíveis. C2H4 + O2 → CO2 + H2O 1- Elementos que aparecem apenas uma vez no 1º. e no 2º. membros: C e H 2- Elemento que apresenta a maior somatória de índices: C: 2 + 1 = 3 H: 4 + 2 = 6 3-Trocar os índices do elemento escolhido (H). C2H4 + O2 → CO2 + H2O 2C2H4 + O2 → CO2 + 4H2O 4-Fazer o balanceamento dos elementos restantes: 2C2H4 + O2 → CO2 + 4H2O C:2 x 2 = 4 2C2H4 + O2 → 4CO2 + 4H2O O:4x2 + 4x1 = 12 2C2H4 + 6O2 → 4CO2 + 4H2O C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O a) Mn3O4 + Al � Al2O3 + Mn b) Cu(OH)2 + H4P2O7 � Cu2P2O7 + H2O c) H3PO4(aq) + Na2CO3 � Na3PO4(aq) + CO2(g) + H2O(l) d) Al(OH)3 + H2SO4 � Al2(SO4)3+ H2O e) NaOH + H3PO4 � Na3PO4 + H2O Faça o balanceamento pelo método direto das seguintes equações químicas:
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