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1 UNIDADE 1 ESTRUTURA ATÔMICA OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM PLANO DE ESTUDOS A partir desta unidade você será capaz de: • identificar os modelos atômicos e as unidades fundamentais da matéria; • reconhecer a organização atual dos elementos químicos na tabela periódi- ca; • utilizar o Diagrama de Linus Pauling; identificar o número de elétrons da camada de valência dos elementos químicos e os quatro números quânti- cos; • estudar a estabilidade química dos elementos químicos através da Regra do Octeto e de suas exceções; • diferenciar e realizar as ligações iônicas, ligações covalentes ou molecula- res e as ligações metálicas. Esta unidade está dividida em três tópicos. Em cada um deles você encontrará atividades visando à compreensão dos conteúdos apresentados. TÓPICO 1 – MODELOS ATÔMICOS TÓPICO 2 – TABELA PERIÓDICA TÓPICO 3 – LIGAÇÕES QUÍMICAS 2 3 TÓPICO 1 UNIDADE 1 ESTUTURA ATÔMICA 1 INTRODUÇÃO Olá, caro acadêmico! Iremos iniciar o estudo da estrutura atômica, ou seja, estudaremos a estrutura do átomo. Afinal, você já deve ter ouvido falar em átomo, correto? E você sabe o que é um átomo? Então, convido-o a estudá-lo a partir de agora. Desde os primórdios o homem tentava entender a origem da vida, a relação entre o homem e o seu meio e as transformações ocorridas na natureza. Povos da antiguidade criaram mitos e lendas sobre deuses e figuras sobrenaturais. Com isso explicavam a origem do mundo, do fogo, da água, dos alimentos etc. Foi na Grécia, no século V a.C., que surgiram as primeiras tentativas de se entender os fenômenos da natureza desvinculados de forças sobrenaturais ou religiosas. Empédocles, um filósofo grego, idealizou a explicação da constituição da matéria. Para ele, a matéria era constituída por quatro elementos primários: o fogo, o ar, a água e a terra. Tais elementos sofriam constantes mudanças, porém eram indestrutíveis. Em seguida, Aristóteles divulgou sua ideia de que esses quatro elementos poderiam ser diferenciados através de suas propriedades: • A terra seria fria e seca; • A água seria fria e úmida; • O fogo seria quente e seco; • O ar seria quente e úmido. UNIDADE 1 | ESTRUTURA ATÔMICA 4 FIGURA 1 – OS QUATRO ELEMENTOS VITAIS: TERRA, ÁGUA, AR E FOGO FONTE: Disponível em: <https://lh4.googleusercontent.com/ B5LZph5Ghd0/TWj3BVoiTqI/AAAAAAAAB8Y/nq0EDmroH7w/s1600/ imagesCA2FH22G.jpg.>. Acesso em: 21 jan. 2016. Assim, uma substância poderia ser transformada em outra, apenas alterando suas propriedades. Ex.: a chuva era resultado do resfriamento do ar quente e úmido. Porém, por volta de 400 a.C., os filósofos Leucipo e Demócrito divulgaram que a matéria seria formada por pequenas partículas indivisíveis, que seriam: os átomos. A alquimia foi muito importante para o desenvolvimento da química. Os alquimistas criaram equipamentos de laboratório e desenvolveram várias metodologias para a obtenção de metais, na produção de papiros, sabões e de funções inorgânicas, como: o ácido sulfúrico, o ácido nítrico, o hidróxido de sódio e o hidróxido de potássio. CHYMIA = fundir, moldar. Origem grega. KHEMEIA = terra ou país. Origem egípcia. Atualmente, com o avanço da tecnologia, podemos comparar os químicos com os antigos alquimistas. 2 OS QUATRO MODELOS ATÔMICOS Como vimos anteriormente, no século V a.C., Demócrito e Leucipo acreditavam que a matéria era constituída por pequenas partículas indivisíveis, os átomos. Porém, em 1808, John Dalton retomou essa ideia através de sua teoria atômica, sugerindo que os átomos eram esferas maciças (rígidas) e indivisíveis. No final do século passado, muitos cientistas desenvolveram vários experimentos TÓPICO 1 | MODELOS ATÔMICOS 5 para demonstrar que os átomos são constituídos por partículas ainda menores, subatômicas. (USBERCO; SALVADOR, 2006). Modelo atômico é uma representação gráfica que procura explicar, de maneira científica, os fenômenos relacionados à composição da matéria e suas formas. Um modelo atômico tem como função explicar a estrutura microscópica da matéria. 2.1 O MODELO ATÔMICO DE JOHN DALTON O cientista inglês John Dalton (1766-1844) propôs, em meados de 1800, o modelo conhecido como Teoria Atômica de Dalton: • A matéria é constituída por pequenas partículas esféricas maciças e indivisíveis, denominadas átomos; • Elemento químico é a junção de átomos com a mesma massa, tamanho e as mesmas propriedades; • Elementos químicos diferentes possuem propriedades diferentes, tais como tamanho e massa; • A combinação de átomos de elementos diferentes forma substâncias diferentes; • Durante uma reação química os átomos não são criados, nem destruídos, são reorganizados, formando novas substâncias. John Dalton ficou conhecido como o “Pai da Teoria Atômica” e o seu modelo ficou conhecido conforme a Figura 2: FIGURA 2 - MODELO ATÔMICO DE JOHN DALTON FONTE: Disponível em: <http://image.slidesharecdn.com/apresentaomodelosatmicos- elenice 120323132857-phpapp02/95/apresentao-modelos-atmicos-elenice-6-728. jpg?cb=1332509716.>. Acesso em: 21 jan. 2016. UNIDADE 1 | ESTRUTURA ATÔMICA 6 2.2 O MODELO ATÔMICO DE JOSEPH JOHN THOMSON Joseph John Thomson (1856-1940), no final de 1800, conseguiu demonstrar que o átomo não era divisível, utilizando uma aparelhagem denominada tubo de raios catódicos. Com base nas evidências deste experimento, Joseph John Thomson concluiu que: • Os raios eram partículas (corpúsculos) menores que os átomos; • Os raios apresentavam carga elétrica negativa, denominadas elétrons; • O átomo era uma esfera maciça, positiva, incrustada de elétrons (carga negativa), de modo que a carga total fosse nula; • Em sua totalidade, o átomo seria eletricamente neutro. Para obter maiores informações sobre o experimento de Joseph John Thomson com o Tubo de Raios Catódicos, consulte a referência: USBERCO, João; SALVADOR, Edgar. Química. 5. ed. vol. único. São Paulo: Saraiva, 2006. O modelo atômico de Joseph John Thomson ficou conhecido conforme a Figura 3 ou “Pudim de Passas”. FIGURA 3 - MODELO ATÔMICO DE THOMSON FONTE: Disponível em: <https://goo.gl/EoY21V>. Acesso em: 21 jan. 2016. DICAS TÓPICO 1 | MODELOS ATÔMICOS 7 2.3 O MODELO ATÔMICO DE ERNEST RUTHERFORD Ernest Rutherford (1871-1937), em 1904, ao realizar um experimento com gás hidrogênio (H2), detectou a presença de partículas com cargas elétricas positivas ainda menores, as quais ele denominou prótons (p). Ele propôs que o átomo seria constituído no centro por um núcleo positivo que continha a massa e os nêutrons do átomo. A região fora do núcleo, chamada de eletrosfera, deveria ser ocupada pelos elétrons de carga negativa, orbitando ao redor do núcleo. Este modelo lembrava um sistema solar, conhecido como modelo planetário, representado pela Figura 4. FIGURA 4 - MODELO ATÔMICO DE RUTHERFORD FONTE: Disponível em: <http://www.infoescola.com/wp-content/ uploads/2009/08/1 db74253cba.jpg.>. Acesso em: 21 jan. 2016. Saiba mais sobre a experiência de Ernest Rutherford utilizando material radioativo e uma finíssima lâmina de ouro para verificar se os átomos eram maciços, em: REIS, Martha. Completamente Química: Química Geral. São Paulo: FDT, 2001. DICAS UNIDADE 1 | ESTRUTURA ATÔMICA 8 2.4 O MODELO ATÔMICO DE NIELS BOHR – TEORIA ATÔMICA ATUAL Niels Bohr (1885-1962) desenvolveu um modelo atômico partindo dos seguintes postulados: • Os elétrons movimentam-se em órbitas circulares ao redor do núcleo do átomo; • Cada órbita possui energia constante, estacionária. Os elétrons que estiverem nas órbitas mais afastadas do núcleo serão mais energéticos; • Absorvendo certa quantidade deenergia, o elétron salta para uma órbita mais energética. Voltando à sua órbita original, perde a mesma quantidade de energia, na forma de luz (ondas eletromagnéticas); • O núcleo é positivo e as órbitas são regiões específicas disponíveis para acomodar os elétrons, de carga negativa, as chamadas camadas eletrônicas ou níveis de energia; • Cada camada eletrônica ou nível de energia foi representado por uma letra: K, L, M, N, O, P e Q, recebendo um número quântico principal (n): 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7, respectivamente; • Cada camada eletrônica ou nível de energia comporta um número máximo de elétrons, conforme a figura a seguir: FIGURA 5 - NÚMERO MÁXIMO DE ELÉTRONS POR CAMADA ELETRÔNICA OU NÍVEL DE ENERGIA FONTE: Disponível em: <http://brasilescola.uol.com.br/upload/conteudo/images/ diagrama-de-pauling.jpg.>. Acesso em: 22 jan. 2016. TÓPICO 1 | MODELOS ATÔMICOS 9 Obs.: A camada eletrônica ou nível de energia mais afastada do núcleo é a mais energética e recebe o nome de Camada de Valência (CV), vide Figura 6. FIGURA 6 - CRESCIMENTO DA ENERGIA NAS CAMADAS ELETRÔNICAS OU NÍVEIS DE ENERGIA FONTE: Disponível em: <http://crv.sistti.com.br/sistema_crv_dotnet/banco_objetos_ crv/%7B43F24AD0-8576-4F99-B6FE-FE558D94B194%7D_1306.gif.>. Acesso em: 22 jan. 2016. 3 A MATÉRIA A matéria é definida como tudo o que possui massa, volume e ocupa lugar no espaço. Se olharmos ao nosso redor, perceberemos que estamos cercados de matéria, como árvores, carros, ar, alimentos, água etc. Porém, devemos ter o cuidado para não confundir energia com matéria. Energia não pode ser considerada como matéria, pois não ocupa lugar no espaço. Existem vários tipos de energia, como solar, elétrica, cinética, sonora, mecânica etc. Sendo assim, energia é uma transformação, realização de trabalho. Toda matéria é formada por átomos, e estes são definidos como as menores partículas que constituem a matéria. Ao se definir a composição de um material ou substâncias, consegue-se identificar quais os átomos que a formam, ou seja, quais os elementos químicos que estão presentes. Exemplo: A água do mar é composta principalmente por sais como cloreto de sódio (NaCl), gases dissolvidos como o nitrogênio (N2), oxigênio (O2) e dióxido de carbono (CO2), macronutrientes como fósforo (P) e enxofre (S), íons de magnésio (Mg+2), potássio (K+1), cálcio (Ca+2) e sulfato (SO4) -2. A matéria é dividida em substâncias e misturas. Confira as subdivisões das mesmas. UNIDADE 1 | ESTRUTURA ATÔMICA 10 QUADRO 1 - SUBDIVISÕES DAS SUBSTÂNCIAS E MISTURAS SUBSTÂNCIA ELEMENTAR É formada por um mesmo elemento químico. Ex.: He, Al, Fe, etc. SUBSTÂNCIA PURA Não pode ser separada, pois apresenta composição constante. Ex.: H2O, O2, CO2 etc. SUBSTÂNCIA SIMPLES É formada por átomos do mesmo elemento químico. Ex.: O3, N2, Cl2, etc. SUBSTÂNCIA COMPOSTA É formada por átomos de elementos químicos diferentes. Ex.: Ca(OH)2, SO3, Al2(SO4)3, etc. MISTURA É a junção de duas ou mais substâncias, simples ou compostas. Podem ser classificadas como misturas homogêneas ou heterogêneas. Ex.: H2O + NaCl, H2O + CO2, O2 + N2, etc. HOMOGÊNEA Apresenta apenas uma fase, um aspecto visual. Ex.: H2O + açúcar, misturas de gases, ligas metálicas, etc. HETEROGÊNEA Apresenta duas ou mais fases, dois ou mais aspectos visuais. EX: H2O + óleo, EX: H2O + pedra + CO2, etc. FONTE: A autora Para finalizar este conteúdo veremos: As Partículas Fundamentais da Matéria: Prótons, Elétrons e Nêutrons. • Prótons: são partículas positivas. Representadas por: p+ • Elétrons: são partículas negativas. Representadas por: e- • Nêutrons: são partículas neutras, ou seja, não apresentam carga positiva ou negativa. São representadas por: n. 3.1 DEFINIÇÃO DE ELEMENTO QUÍMICO A junção de vários átomos iguais, ou seja, que apresentam o mesmo número atômico (Z), é chamada de Elemento químico. O número atômico (Z) é a característica mais importante de um elemento químico, pois ele indica o número de prótons (p) e o número de elétrons (e-) do elemento. Logo, em um elemento químico: Z = p = e- Traduzindo, número atômico é igual ao número de prótons e número de elétrons. TÓPICO 1 | MODELOS ATÔMICOS 11 Os elementos químicos são representados por um símbolo, seguindo a padronização da IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada), onde a primeira letra do elemento químico deve ser maiúscula e a segunda letra, se houver, deve ser minúscula. Em relação à nomenclatura dos elementos químicos, esta origina do latim. Todo elemento apresenta um número atômico (Z), um número de massa atômica (A) e um número de nêutrons (n). Para verificar estas informações, basta consultar uma Tabela Periódica, contudo o número de nêutrons deve ser calculado através da fórmula a seguir: n = A – Z Lembrando: n = número de nêutrons A = número de massa atômica Z = número atômico Exemplo: 20 Ca 40 n = A – Z ------ n = 40 – 20 ------ n = 20 Assim, o valor de massa atômica é a soma do número atômico com o número de nêutrons. A = Z + n 3.1.1 Íons Os elementos químicos apresentam a tendência de perder ou ganhar elétrons para se estabilizar quimicamente, ou seja, alcançar os oito elétrons na camada de valência. Tal estabilidade é explicada pela regra do octeto. Quando um elemento químico perde ou ganha elétrons, ele se torna uma espécie química carregada eletricamente chamada de íon. A REGRA DO OCTETO: Os gases nobres, elementos da família 8A ou grupo zero da Tabela Periódica, são elementos estáveis, pois já apresentam a camada de valência completa com oito elétrons, com exceção do gás hélio, que é estável com dois elétrons na camada de valência, o que é explicado pela regra do dueto. Por este motivo, os gases nobres não perdem ou ganham elétrons. Os íons são espécies químicas carregadas eletricamente. Íons carregados com carga positiva são chamados de cátions e íons carregados com carga negativa são chamados de ânions. OS CÁTIONS: são íons que doam (perdem) elétrons, desta forma adquirem carga positiva. Ex.: Na+1, Ca+2, Al+3 etc. OS ÂNIONS: são íons que ganham (recebem) elétrons, desta forma adquirem carga negativa. Ex.: N-3, O-2, F-1 etc. UNIDADE 1 | ESTRUTURA ATÔMICA 12 Certo cátion trivalente (+3) contém 10 elétrons e 14 nêutrons. Determine o seu número atômico e o seu número de massa atômica. Resolução: O cátion trivalente pode ser representado por X3+, que contém: 10 elétrons e 14 nêutrons, logo, por ser um cátion trivalente, significa que ele doou três elétrons e assim o seu número atômico (Z) é igual a 13. 13X3+ = 13 – 3 = 10. Lembre-se: a perda ou ganho de elétrons ocorre sempre no número atômico da espécie química. Como a massa atômica (A) = Z + n: A = 13 + 14 = 27 3.2 AS SEMELHANÇAS ATÔMICAS No início do século XX, experiências realizadas por Soddy e outros cientistas com elementos radioativos mostraram evidências de que um elemento químico pode ser constituído por uma mistura de vários átomos com o mesmo número atômico, mas com diferentes números de massa. Esses átomos foram chamados por Soddy de isótopos. A diferença no número de massa é produzida pelas diferentes quantidades de nêutrons existentes em casa isótopo. (USBERCO; SALVADOR, 2006) Outros átomos com semelhanças atômicas também são estudados, como os isóbaros, isótonos e isoeletrônicos. Radioisótopo é um isótopo que emite radiação. Os radioisótopos podem ser aplicados na medicina, no diagnóstico de muitas doenças e problemas fisiológicos, permitindo sua identificação para um futuro tratamento. Confira no Quadro 2 alguns exemplos.IMPORTANT E IMPORTANT E TÓPICO 1 | MODELOS ATÔMICOS 13 QUADRO 2 – APLICAÇÃO DE RADIOISÓTOPOS NA MEDICINA RADIOISÓTOPOS APLICAÇÃO F18 (Flúor) Mapeamento ósseo Tc99 (Tecnécio) Mapeamento do coração, fígado, rins, cérebro I131 (Iodo) Mapeamento da tireoide Cr51 (Cromo) Mapeamento das hemácias FONTE: A autora 3.2.1 Isótopos São átomos de um mesmo elemento químico que apresentam o mesmo número atômico (Z) e diferentes números de massa atômica (A). O magnésio, por exemplo, é um elemento químico que ocorre na natureza na forma de três isótopos. 12Mg24 12Mg25 12Mg26 A maioria dos elementos químicos é encontrada na natureza na forma de mistura isotópica, ou seja, com um ou mais isótopos. Os isótopos apresentam-se em porcentagens diferentes, os mais estáveis são aqueles que ocorrem com maior frequência, que é representada por porcentagem. Por exemplo, o hidrogênio é o único elemento químico que tem seus isótopos apresentando nomes diferentes. Observe o quadro a seguir: QUADRO 3 - ISÓTOPOS DO HIDROGÊNIO E SUA OCORRÊNCIA NA NATUREZA ISÓTOPO NOMENCLATURA OCORRÊNCIA (aproximada) 1H1 Prótio, hidrogênio comum, leve 99,985% 1H2 Deutério 0,015% 1H3 Trítio, Tricédio, Tritério 10-7% FONTE: A autora UNIDADE 1 | ESTRUTURA ATÔMICA 14 3.2.2 Isóbaros São átomos que apresentam o mesmo número de massa atômica (A) e diferente número atômico (Z), logo, pertencem a elementos químicos diferentes. Na tabela periódica encontram-se vários elementos químicos com o mesmo valor de massa atômica. Ex.: 18 Ar40 (Argônio) e 20 Ca40 (Cálcio) 3.2.3 Isótonos São átomos de diferentes elementos químicos com números atômicos (Z) e números de massas atômicas (A) diferentes, porém, com mesmo número de nêutrons. Sendo: n = A – Z. Ex.: 7N14 14 – 7 = 7 nêutrons 6C13 13 – 6 = 7 nêutrons 3.2.4 Isoeletrônicos São espécies químicas diferentes que apresentam o mesmo número de elétrons. Tais espécies englobam os íons, cátions e ânions, e também os elementos químicos. Ex: 13 Al+3 -> Z = 13, como é um cátion trivalente (+3) perde três elétrons e finaliza com 10 elétrons. 8O-2 -> Z = 8, como é um ânion bivalente (-2) ganha dois elétrons e finaliza com 10 elétrons. Portanto, o Al+3 e o O-2 são isoeletrônicos, pois no final apresentam o mesmo número de elétrons. Lembre-se de que a perda ou o ganho de elétrons sempre ocorre com número atômico (Z) da espécie química. TÓPICO 1 | MODELOS ATÔMICOS 15 Considere as representações: 3x + 32 R11x + 15 5x – 8 S12x – 2 4x + 10 T10x + 35 Sabendo que R e S são isótopos, determine os números atômicos (Z) e os números de massa (A) de R, S e T. Resolução: Como sabemos que R e S são isótopos, temos: 3x + 32 = 5x – 8 40 = 2x 20 = x Substituindo o x nas representações, teremos: 92 R235 92S238 90 T 235 3.3 O DIAGRAMA DE LINUS PAULING E A DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA Linus Pauling desenvolveu um diagrama para o preenchimento da eletrosfera pelos elétrons de um átomo em ordem crescente de energia, definida pelo diagrama em níveis e em subníveis de energia. Linus Carl Pauling foi um ilustríssimo químico norte-americano. Nasceu em 1901 e faleceu em 1994, com 93 anos de muita dedicação à pesquisa. Pauling foi um dos mais reconhecidos cientistas do século XX, prova disso é que ele foi o único prestigiado com dois Prêmios Nobel não compartilhados. Um deles foi em 1954, em decorrência de um de seus trabalhos relacionados à Química (A natureza das ligações químicas - publicado em 1939). A segunda premiação foi em 1962, na qual Pauling recebeu o Prêmio Nobel da Paz pelas suas intervenções contra testes nucleares, o uso de bombas atômicas como armas de guerra e a construção de usinas nucleares. FONTE: Disponível em: <http://brasilescola.uol.com.br/quimica/linus-pauling.htm.>. Acesso em: 25 jan. 2016. NOTA DICAS UNIDADE 1 | ESTRUTURA ATÔMICA 16 Cada camada eletrônica ou nível de energia apresenta um número quântico principal (n), que é o valor numérico que se localiza antes do subnível de energia. Confira no Quadro 4 abaixo: QUADRO 4 - NÚMEROS QUÂNTICOS PRINCIPAIS Camadas eletrônicas ou Níveis de energia K L M N O P Q Número Quântico Principal (n) 1 2 3 4 5 6 7 FONTE: A autora Ex.: 1s2: 1 = número quântico principal = camada eletrônica ou nível de energia = K s = subnível. As camadas eletrônicas ou níveis de energia (K, L, M, N, O, P e Q) são subdivididos em quatro subníveis de energia, s, p, d e f. Cada subnível de energia comporta um número máximo de elétrons, que é representado sobre o subnível de energia. Confira na Figura 7, a seguir, o Diagrama de Linus Pauling. FIGURA 7 - DIAGRAMA DE LINUS PAULING FONTE: Disponível em: <http://image.slidesharecdn.com/7-nveisdeenergia 120411182505phpapp02/95/7-nveis-de-energia-9-728.jpg?cb=1334169472 25/01/16.>. Acesso em: 16 fev.2016. TÓPICO 1 | MODELOS ATÔMICOS 17 Caro acadêmico, caso seja necessário, volte ao assunto sobre o modelo atômico de Niels Bohr para relembrar as camadas ou níveis de energia. Para realizar uma distribuição eletrônica deve-se usar o número atômico (Z) do átomo e respeitar a ordem do Diagrama de Linus Pauling. Para isso, basta seguir as setas de cima para baixo na diagonal. A soma dos elétrons dos subníveis deve ser igual ao valor do número atômico do átomo. No final deve-se indicar a Camada de Valência, ou seja, a camada ou nível com o maior número quântico principal. Veja o exemplo a seguir: Ex.: Ba56 - 1s 2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 Neste caso a Camada de Valência é 6s2, pois apresenta o maior número quântico principal, que neste caso é 6. 3.4 OS NÚMEROS QUÂNTICOS 3.4.1 Número quântico principal (n) Como foi visto anteriormente, o número quântico principal indica a camada eletrônica ou nível de energia. Confira no Quadro 5 o número máximo de elétrons em cada camada eletrônica ou nível de energia. QUADRO 5 – NÚMERO MÁXIMO DE ELÉTRONS EM CADA CAMADA ELETRÔNICA OU NÍVEL DE ENERGIA Camada eletrônica ou Nível de energia K L M N O P Q Número quântico Principal (n) 1 2 3 4 5 6 7 Número máximo de elétrons nas camadas eletrônicas ou níveis de energia 2 8 18 32 32 18 8 FONTE: A autora 3.4.2 Número quântico secundário (l) Conforme estudamos anteriormente, cada camada eletrônica ou nível de energia é subdividido em subníveis de energia, s, p, d e f, e cada subnível é IMPORTANT E UNIDADE 1 | ESTRUTURA ATÔMICA 18 representado por um número quântico secundário (ℓ), 0, 1, 2 e 3, respectivamente. Logo, cada subnível de energia recebe um número quântico secundário (ℓ) e, ainda, comporta um número máximo de elétrons. QUADRO 6 - NÚMERO QUÂNTICO SECUNDÁRIO E NÚMERO MÁXIMO DE ELÉTRONS NOS SUBNÍVEIS DE ENERGIA Subníveis s p d f N° máx. de elétrons 2 elétrons 6 elétrons 10 elétrons 14 elétrons N° quântico secundário 0 1 2 3 FONTE: A autora. 3.4.3 Orbitais atômicos Orbital atômico é o local mais provável de se encontrar os elétrons de um átomo. O orbital atômico é representado por um “quadradinho”. Cada subnível de energia possui um número de orbital, que será sempre a metade do número de elétrons que o subnível comporta. Cada orbital possui um número quântico magnético ou azimutal (ml) que se encontra abaixo do mesmo. Veja na Figura 7 a quantidade de orbitais que cada subnível de energia comporta e também a representação dos orbitais (“quadradinhos”). FIGURA 8 - SUBNÍVEIS DE ENERGIA E QUANTIDADE DE ORBITAIS ATÔMICOS FONTE: Disponível em: <http://alunosonline.uol.com.br/upload/conteudo/images/numero-quantico-magnetico.jpg>. Acesso em: 18 mar. 2016. TÓPICO 1 | MODELOS ATÔMICOS 19 3.4.4 Número quântico magnético ou azimutal (ml) O número quântico magnético ou azimutal está relacionado com a região de maior probabilidade de se encontrar um elétron, chamada de orbital. Como cada orbital comporta no máximo dois elétrons, estes são associados aos subníveis de energia, e devido a isso apresentam valores variados, -mℓ, à esquerda do zero e +mℓ, à direita do zero. Cada subnível de energia pode apresentar um ou mais orbitais. 3.4.5 Número quântico de Spin (m s ) O número quântico de spin indica a rotação do elétron dentro do orbital. Esse número quântico diferencia os elétrons de um mesmo orbital. Conforme o princípio de exclusão de Pauli, cada orbital comporta no máximo dois elétrons de rotações contrárias. Os elétrons são representados por Spins (setas). Note na Figura 8 que o orbital do subnível s está preenchido com dois elétrons, representados pelos spins. Obs: Tanto o número quântico magnético ou azimutal quanto o número de spin é definido através do elétron de diferenciação ou diferenciador, que é o último elétron (spin) distribuído nos orbitais. FIGURA 9 – SUBNÍVEIS DE ENERGIA E SEUS ORBITAIS ATÔMICOS FONTE: Disponível em: <http://images.slideplayer.com.br/9/2571210/slides/slide_4. jpg.>. Acesso em: 21jan. 2016. UNIDADE 1 | ESTRUTURA ATÔMICA 20 Número quântico de spin (ms): para cima ↑ = +1/2 Número quântico de spin (ms) para baixo ↓ = -1/2 Regra de Hund: Os orbitais devem ser preenchidos primeiramente com todos os spins para cima, e depois, se necessário, para baixo. Confira na Figura 9 que o elétron de diferenciação ou diferenciador se encontra no primeiro orbital, que foi o último elétron (spin) distribuído. FIGURA 10 - UTILIZAÇÃO DA REGRA DE HUND FONTE: Disponível em: <http://images.slideplayer.com.br/3/1223908/slides/slide_12. jpg.>. Acesso em: 21 jan. 2016. Caro acadêmico, os orbitais completos com dois elétrons são chamados de emparelhados ou completos, com um elétron é chamado de desemparelhado ou incompleto, e sem elétron, vazio. Para se definir os quatro números quânticos deve-se utilizar o subnível mais energético que se encontra no final da distribuição eletrônica. A Figura 10 demonstra a configuração completa dos quatro números quânticos que acabamos de estudar. IMPORTANT E TÓPICO 1 | MODELOS ATÔMICOS 21 FIGURA 11 - NÚMEROS QUÂNTICOS 22 Nesse tópico você aprendeu que: • Os alquimistas criaram equipamentos de laboratório e desenvolveram várias metodologias para a obtenção de metais, na produção de papiros, sabões e de funções inorgânicas. • Modelo atômico é uma representação gráfica que procura explicar, de maneira científica, os fenômenos relacionados à composição da matéria e suas formas. • Modelo de Dalton: a matéria é constituída por pequenas partículas esféricas maciças e indivisíveis, denominadas átomos. • Modelo de Thomson: o átomo era uma esfera maciça, positiva, incrustada de elétrons (carga negativa), de modo que a carga total fosse nula. • Modelo de Rutherford: o átomo seria constituído no centro por um núcleo positivo que continha a massa e os nêutrons do átomo. A região fora do núcleo, chamada de eletrosfera, deveria ser ocupada pelos elétrons de carga negativa, orbitando ao redor do núcleo. • Modelo de Bohr: O núcleo é positivo e as órbitas são regiões específicas disponíveis para acomodar os elétrons, de carga negativa, as chamadas camadas eletrônicas ou níveis de energia. • A matéria é definida como tudo que possui massa, volume e ocupa lugar no espaço. • A junção de vários átomos iguais, ou seja, que apresentam o mesmo número atômico (Z), é chamada de Elemento químico. • O número atômico (Z) é a característica mais importante de um elemento químico, pois ele indica o número de prótons (p) e o número de elétrons (e-) do elemento. • Quando um elemento químico perde ou ganha elétrons ele se torna uma espécie química carregada eletricamente, chamada de íon. • Átomos com semelhanças atômicas podem ser classificados em: isótopos, isóbaros, isótonos e isoeletrônicos. RESUMO DO TÓPICO 1 23 1 Quatro modelos atômicos foram estudados durante esta unidade a fim de entender a estrutura do átomo. Com relação ao modelo atômico que se refere à teoria atômica atual, assinale a alternativa CORRETA: a) ( ) John Dalton. b) ( ) Ernest Rutherford. c) ( ) Niels Bohr. d) ( ) J. J. Thomson. 2 O titânio já foi conhecido como o “metal maravilha”, devido às suas qualidades. É mais resistente à corrosão que o aço inoxidável, suas ligas metálicas são empregadas na indústria aeronáutica, em próteses e em implantes dentários. A produção mundial anual de titânio é de cerca de 10 milhões de toneladas, e as principais reservas estão no Canadá e na Austrália. Sobre o titânio (Z=22), determine a configuração eletrônica dos elétrons: AUTOATIVIDADE 24 25 TÓPICO 2 A TABELA PERIÓDICA UNIDADE 1 1 INTRODUÇÃO Sempre foi preocupação dos cientistas organizar os resultados obtidos experimentalmente de tal maneira que semelhanças, diferenças e tendências se tornassem mais evidentes. Isto facilitaria previsões a partir de conhecimentos anteriores. Um dos recursos mais usados em Química para atingir essa finalidade é a Tabela Periódica. As primeiras tabelas foram propostas no início do século XIX; porém, apresentavam mais erros do que acertos.Foi somente em 1869 que surgiu uma tabela que atendia às necessidades dos químicos e que se tornou a base da Tabela Periódica atual. Foi proposta por Dimitri Ivanovitch Mendeleev (1834- 1907) e organizava os elementos em linhas horizontais, os períodos ou séries, e em linhas verticais, os grupos ou famílias. (S/A. Disponível em: <http://slideplayer.com.br/slide/337072/>. Acesso em: 18 mar.2016). À medida que percorremos um período, as propriedades físicas variam regularmente, uniformemente. Num grupo, os elementos apresentam propriedades químicas semelhantes. Esquematicamente: Períodos – regularidade na variação das propriedades físicas. Grupos: semelhanças das propriedades químicas. FONTE: Usberco; Salvador (1998, p. 78.) Caro acadêmico, você conhece todas as informações que a Tabela Periódica oferece sobre os elementos químicos? Aprofunde os conhecimentos sobre o histórico desta ferramenta indispensável para o entendimento desta disciplina tão fascinante que é a química. DICAS UNIDADE 1 | ESTRUTURA ATÔMICA 26 2 A ORGANIZAÇÃO DOS ELEMENTOS QUÍMICOS NA TABELA PERIÓDICA A Tabela Periódica atual é constituída por 18 famílias. Cada família contém elementos com propriedades químicas semelhantes, devido ao fato de apresentarem o mesmo número de elétrons na camada de valência. Na família 1A, por exemplo, todos os elementos apresentam um elétron na camada de valência. Atualmente, 118 elementos químicos estão organizados na Tabela Periódica em ordem crescente de seus números atômicos (Z). Confira na Figura 12: FIGURA 12 – FAMÍLIAS E PERÍODOS DA TABELA PERIÓDICA FONTE: Disponível em: <www.maristas.org.br/colegios/assuncao/.../tabela_periodica.ppt>. Acesso em: 18 mar. 2016. Caro acadêmico, verifique na Figura 13 a representação de uma legenda presente numa Tabela Periódica, onde estão as informações citadas anteriormente. Note que a massa atômica ou peso atômico apresenta valor maior que o número atômico. IMPORTANT E TÓPICO 2 | TABELA PERIÓDICA 27 FIGURA 13 - INFORMAÇÕES PERIÓDICAS DO ELEMENTO FERRO FONTE: Disponível em: <http://rede.novaescolaclube.org.br/sites/default/files/ importadas/img/geral/tabela-periodica-legendada.jpg.> Acesso em: 22 jan. 2016.Na Tabela Periódica os elementos foram classificados segundo suas propriedades físicas e químicas, agrupando-se em metais, não metais, semimetais, gases nobres ou grupo zero e hidrogênio. A Tabela Periódica sofreu algumas alterações e por isso é necessário estarmos atentos às atualizações. Acesse a leitura complementar no final desta unidade e fique por dentro. Boa leitura! Elementos artificiais - Os elementos químicos que apresentam número atômico superior a 92 são artificiais, isto é, foram sintetizados em laboratório químico através de pesquisas nucleares. Com exceção dos elementos promécio, com número atômico igual a 43, e tecnécio, com número atômico igual a 61. Dos 118 elementos químicos reconhecidos, os elementos artificiais classificam-se em: • Cisurânicos: recebem esse nome (cis = “aquém de”) porque apresentam número atômico inferior a 92, o do elemento urânio. São os seguintes: tecnécio (Tc), ástato (At), frâncio (Fr) e promécio (Pm). • Transurânicos: recebem esse nome (trans = “além de”) porque apresentam número atômico superior a 92, ou seja, que se encontram depois do urânio. 2.1 PERÍODOS DA TABELA PERIÓDICA A Tabela Periódica possui sete períodos ou séries, que são as linhas horizontais, numeradas de 1 a 7 através dos números quânticos principais, que representam as sete camadas eletrônicas ou níveis de energia, K, L, M, N, O, P e Q, respectivamente. Lembre-se de que as séries dos lantanídeos e actinídeos pertencem ao sexto e sétimo período, respectivamente. Vide Figura 1. Após a IMPORTANT E UNIDADE 1 | ESTRUTURA ATÔMICA 28 realização de uma distribuição eletrônica, define-se como camada de valência aquela que apresentar o maior número quântico principal, e você pode utilizá-la também para definir o período em que o elemento se encontra na Tabela Periódica. Ex.: Camada de valência do K (potássio) = 4s1, o 4 indica que o potássio está no quarto período da Tabela Periódica, ou seja, na quarta linha horizontal. 2.2 FAMÍLIAS OU GRUPOS As 18 famílias estão dispostas em linhas verticais que são divididas em dois grupos, o grupo A, que são as colunas verticais mais altas, e o grupo B, que são as colunas verticais mais baixas e centrais da Tabela Periódica. Os elementos químicos presentes nas famílias do grupo A são chamados de elementos representativos, do grupo B são chamados metais de transição, e as séries dos lantanídeos e actinídeos são chamados de metais de transição interna. Todas as famílias recebem uma classificação diferenciada por cores, conforme representado na Figura 14: FIGURA 14 - A TABELA PERIÓDICA E A LEGENDA DE CORES FONTE: Disponível em: <http://www.brdicas.com.br/wp-content/uploads/2014/01/tabela- periodica-2014-imprimir.png.>. Acesso em: 22 jan. 2016. TÓPICO 2 | TABELA PERIÓDICA 29 Caro acadêmico, lembre-se de que a Tabela Periódica é uma ferramenta de apoio para as aulas de Química, por isso não se preocupe em decorá-la, basta saber usá-la. Adquira uma Tabela Periódica atualizada e aprenda a utilizá-la na prática. Livrarias e papelarias comercializam esse material didático. Para um aprofundamento neste assunto consulte a bibliografia: CHANG, Raymond. Química Geral: conceitos essenciais. 4. ed. Porto Alegre: McGraw Hill – Artmed 2010. 2.3 METAIS, SEMIMETAIS E NÃO METAIS METAIS – Ocupam cerca de 80% da Tabela Periódica. São sólidos em temperatura ambiente, com exceção do mercúrio (Hg), que é o único metal líquido. São bons condutores de calor e eletricidade, são maleáveis (capacidade de formar lâminas), apresentam ductibilidade (capacidade de formar fios), tenacidade (resistência à tração) e brilho metálico. São cátions, ou seja, possuem a capacidade de doar elétrons e geralmente apresentam 1, 2 ou 3 elétrons na camada de valência (última camada). NÃO METAIS – Representam cerca de 10% da Tabela Periódica, porém são os mais abundantes na natureza. Não há um estado físico definido. Não apresentam brilho, não conduzem calor nem eletricidade e são utilizados na produção de pólvora e pneus. SEMIMETAIS – Estes elementos apresentam características intermediárias entre os metais e os não metais. Para saber mais sobre os elementos químicos, acesse: http://educar.sc.usp.br/ quimica/tabela.html DICAS DICAS 30 RESUMO DO TÓPICO 2 • A Tabela Periódica atual é constituída por 18 famílias. Cada família contém elementos com propriedades químicas semelhantes, devido ao fato de apresentarem o mesmo número de elétrons na camada de valência. • Atualmente, 118 elementos químicos estão organizados na Tabela Periódica, em ordem crescente de seus números atômicos (Z). • Na Tabela Periódica os elementos foram classificados segundo suas propriedades físicas e químicas, agrupando-se em metais, não metais, semimetais, gases nobres ou grupo zero e hidrogênio. • Elementos artificiais - Os elementos químicos que apresentam número atômico superior a 92 são artificiais, isto é, foram sintetizados em laboratório químico através de pesquisas nucleares. Com exceção dos elementos promécio, com número atômico igual a 43, e tecnécio, com número atômico igual a 61. • Cisurânicos: recebem esse nome (cis = “aquém de”) porque apresentam número atômico inferior a 92, o do elemento urânio. São os seguintes: tecnécio (Tc), ástato (At), frâncio (Fr) e promécio (Pm). • Transurânicos: recebem esse nome (trans = “além de”) porque apresentam número atômico superior a 92, ou seja, que se encontram depois do urânio. • A Tabela Periódica possui sete períodos ou séries, que são as linhas horizontais, numeradas de 1 a 7 através dos números quânticos principais, que representam as sete camadas eletrônicas ou níveis de energia, K, L, M, N, O, P e Q, respectivamente. • Os elementos químicos presentes nas famílias do grupo A são chamados de elementos representativos, do grupo B são chamados metais de transição, e as séries dos lantanídeos e actinídeos são chamados de metais de transição interna. 31 1 Identifique o elemento químico que se encontra na família 3A e no 3° período. 2 Com relação à organização da Tabela Periódica, correlacione a 1° coluna com a segunda: a) metais alcalinos ( ) coluna 0 b) metais alcalinos-terrosos ( ) coluna 6A c) calcogênios ( ) coluna 7A d) halogênios ( ) coluna 2A e) gases nobres ( ) coluna 1A AUTOATIVIDADE 32 33 TÓPICO 3 LIGAÇÕES QUÍMICAS UNIDADE 1 1 INTRODUÇÃO Na natureza são raros os elementos químicos que se encontram de forma isolada. Na verdade, os únicos elementos que formam substâncias elementares são os elementos pertencentes à família 8A ou grupo zero da Tabela Periódica. Os gases nobres (família 8A) são estáveis, pois apresentam oito elétrons na camada de valência, com exceção do gás hélio (He), que é estável com dois elétrons na camada de valência, e são pouco reativos, pois não necessitam realizar ligações químicas com outros elementos. Os demais elementos químicos tendem a se ligar uns com os outros em busca da estabilidade química, ou seja, adquirir os oito elétrons na camada de valência, semelhante aos gases nobres. As ligações químicas são responsáveis pelas centenas de compostos presentes em nosso dia a dia. Muitas vezes nos perguntamos: como funciona a atração eletromagnética de um ímã? Como uma lagartixa consegue andar pelas paredes? Todos esses fatos são explicados pelas forças de atração e, no contrário, as forças de repulsão. 2 LIGAÇÕES QUÍMICAS Ligação química é o nome dado às formas de associação existentes entre os átomos.(COVRE, Geraldo José, 2001, p. 109). Qualquer fenômeno químico ocorre na eletrosfera (local onde se encontram os elétrons) do átomo. As ligações químicas, por exemplo, acontecem devido às interações entre as eletrosferas dos átomos ligantes. E por qual motivo isso acontece? Se observarmos os gases nobres, que já são estáveis, perceberemos que esses elementos possuem uma característica típica em relação às suas configurações eletrônicas e o número de elétrons na camada de valência. Resumindo, os gases nobres apresentam duas características fundamentais: são estáveis quimicamente e apresentam a última camada completa com oito elétrons (no caso do hélio, dois elétrons). Com exceção do grupo 8A, os outros átomos apresentam a capacidade de se combinar. Segundo Lewis: “Os átomos de diferentes elementos ligam-se entre si, cedendo, recebendo ou compartilhando elétrons, na tentativa de adquirir uma 34 UNIDADE 1 | ESTRUTURA ATÔMICA configuração eletrônica igual à de um gás nobre, ou seja, estável”. Valência - É o que determina o número de ligações que o átomo necessita fazer. Eletrovalência - É o valor da valência (carga elétrica) seguida do respectivo sinal. Os cátions, por perderem elétrons, apresentam eletrovalência positiva e os ânions, por ganharem elétrons, apresentam eletrovalência negativa. No Quadro 7, segue a tendência que os elementos químicos das famílias dos elementos típicos ou representativos (grupo A) apresentam em ganhar ou perder elétrons da camada de valência para se estabilizarem. QUADRO 7 - FAMÍLIAS (GRUPO A), ELÉTRONS DA CAMADA DE VALÊNCIA E A ELETROVALÊNCIA Famílias do Grupo A Família 1A Família 2A Família 3A Família 4A Família 5A Família 6A Família 7A Nº elétrons na Camada de Valência 1 elétron 2 elétrons 3 elétrons 4 elétrons 5 elétrons 6 elétrons 7 elétrons Eletrovalência +1 +2 +3 +4 / -4 -3 -2 -1 FONTE: A autora Em relação aos elementos do grupo B, metais de transição e transição- interna, devemos lembrar que todos apresentam carga positiva, pois são metais e apresentam a tendência de perder elétrons para se estabilizar. Ainda, como citado anteriormente, nem todos os elementos se estabilizam conforme a regra do octeto. Existe a chamada Pseudoconfiguração-gás-nobre, a qual não possui nenhuma semelhança com a configuração de um gás nobre. Contudo, o que temos de semelhança é que todos os orbitais da camada de valência estão completos. Alguns elementos de transição, após a ligação, não apresentam nem a configuração do gás nobre nem a pseudoconfiguração. Como exemplo podemos citar as espécies catiônicas Cu+1 e Cu+2. Caro acadêmico, confira na tabela de cátions esses dois íons. Aproveite para realizar suas distribuições eletrônicas e verifique os números de elétrons nas respectivas camadas de valência. DICAS TÓPICO 3 | LIGAÇÕES QUÍMICAS 35 3 AS LIGAÇÕES IÔNICAS “Ligação iônica ou eletrovalente é aquela que se estabelece por meio da transferência definitiva de elétrons entre átomos”. (COVRE, Geraldo José, 2001, p. 110). Este tipo de ligação ocorre entre um elemento metálico e um elemento não metálico por transferência de elétrons. Os metais são catiônicos, por isso doam seus elétrons da camada de valência para os não metais, que são aniônicos e por isso recebem esses elétrons, ambos com o intuito de se estabilizar. Essa transferência de elétrons pode ser representada através da notação de Lewis. Notação de Lewis ou Fórmula eletrônica: é a representação dos elétrons da camada de valência ao redor do átomo. Tais elétrons podem ser representados por pontos (.) ou (x). Fórmula molecular: é a representação final do número de elementos utilizados na ligação. Coloca-se em primeiro lugar o cátion (metal) e em seguida o ânion (não metal). Note a seguir a junção entre a fórmula molecular, os íons formados e a notação de Lewis. Note que foram necessários dois íons Cℓ-1 para estabilizar o íon Ca+2 e formar o composto CaCℓ2 e que as cargas dos íons desceram de forma invertida. Observação: 1 - Quando as valências (cargas) apresentam valores diferentes, a valência de um indica a quantidade do outro elemento. K .................. + 1 1º) K2O O ...................... - 2 36 UNIDADE 1 | ESTRUTURA ATÔMICA Ca................... + 2 2º) Ca3P2 P........................... - 3 1 - Ao montar a fórmula molecular, colocamos os elementos em ordem crescente de eletronegatividade. No caso específico de ligação iônica, metal (cátion) à esquerda, não metal (ânion) à direita. 2 - Os números colocados junto aos símbolos indicam a quantidade de átomos (atomicidade) na referida fórmula molecular, são denominados índices e devem permanecer na parte inferior dos elementos. Ex. 1: Caro acadêmico, note que na figura a seguir os elétrons da camada de valência estão ao redor dos átomos (Notação de Lewis), mostrando que o elétron do cátion metálico é transferido para o ânion não metálico. Ou seja, o Na (sódio) apresenta apenas um elétron na camada de valência (família 1A) para ser doado, por isso é nomeado como cátion (carga positiva) monovalente. Já o cloro (Cl) recebe a nomeação de ânion (carga negativa) monovalente, pois só precisa receber um elétron para se estabilizar, afinal apresenta sete elétrons na camada de valência (família 7A). FIGURA 15 - NOTAÇÃO DE LEWIS OU FÓRMULA ELETRÔNICA DO NACL FONTE: Disponível em: <http://www.infoescola.com>. Acesso em: 18 mar. 2016. A fórmula molecular é então: NaCl. Foi necessário apenas um átomo de sódio (Na) para estabilizar um átomo de cloro (Cl). Note que o cátion permanece à frente do ânion. Ex. 2: Repare mais uma vez, na figura seguinte, que os elétrons da camada de valência estão ao redor dos átomos (Notação de Lewis), mostrando que o elétron do cátion metálico é transferido para o ânion não metálico. Ou seja, o Al (alumínio) apresenta três elétrons na camada de valência (família 3A) para ser doado, por isso é nomeado como cátion (carga positiva) trivalente. Já o flúor (O) recebe a nomeação de ânion (carga negativa) monovalente, pois só precisa receber um elétron para se estabilizar, afinal apresenta sete elétrons na camada de valência (família 7A). TÓPICO 3 | LIGAÇÕES QUÍMICAS 37 FIGURA 16 - NOTAÇÃO DE LEWIS OU FÓRMULA ELETRÔNICA DO ALF 3 FONTE: Disponível em: <https://goo.gl/k4jbkt>. Acesso em: 22 jan. 2016. A fórmula molecular é então: AlF3. Foram necessários três átomos de alumínio (Al) para estabilizar um átomo de flúor (F). Note que o cátion permanece à frente do ânion. Obs.: A ligação iônica ocorre entre um elemento metálico com outro elemento não metálico, onde a diferença de eletronegatividade é igual ou superior a 1,7. 4 AS LIGAÇÕES COVALENTES OU MOLECULARES Os não metais e o hidrogênio (H) apresentam alta eletronegatividade (capacidade de atrair elétrons). A ligação entre seus átomos, estabelecida para alcançarem a estabilidade, é chamada de ligação covalente ou molecular (COVRE, Geraldo José, 2001). Ligação covalente é aquela que envolve um par eletrônico que é compartilhado pelos dois átomos. A . x B A ----- B Um elemento químico pode efetuar uma ou mais ligações covalentes, dependendo do número de elétrons disponíveis em sua camada de valência paraformar outros pares de elétrons e do número de elétrons que deve compartilhar para se tornar estável. Cada compartilhamento de elétrons – ou seja, cada ligação covalente – realizada é representada por um traço (-----). Este tipo de ligação apresentará a fórmula eletrônica ou notação de Lewis, a fórmula estrutural e, finalmente, a fórmula molecular. No caso da fórmula estrutural, o número de ligações realizadas (elétrons compartilhados) será representado por tantos traços, ou seja, o número de traços equivale ao número de ligações efetivadas. 38 UNIDADE 1 | ESTRUTURA ATÔMICA 5 A OCORRÊNCIA DAS LIGAÇÕES COVALENTES OU MOLECULARES Este tipo de ligação ocorre entre um elemento não metálico com outro não metálico, hidrogênio com hidrogênio e hidrogênio com um elemento não metálico por compartilhamento de elétrons, com diferença de eletronegatividade inferior a 1,7. As ligações covalentes ou moleculares podem ser classificadas como: • Simples: representada por um traço e chamada de sigma (σ); • Dupla: representada por dois traços; • Tripla: representada por três traços. Confira na Figura 17 os tipos de ligações covalentes ou moleculares e suas respectivas representações, lembrando que cada traço significa uma ligação covalente ou molecular realizada. FIGURA 17 - REPRESENTAÇÃO DAS LIGAÇÕES COVALENTES OU MOLECULARES FONTE: Disponível em: <http://www.laifi.com/usuario/10801/ laifi/30480537_10801_65142708_1067.jpg.>. Acesso em: 22 jan. 2016. Resumindo: • As ligações covalentes ou moleculares só são realizadas através dos elétrons da camada de valência dos átomos (última camada); • Um par de elétrons compartilhado é formado por um elétron de cada átomo e assim respectivamente; • Para atingir a estabilidade química conforme a regra do octeto, o átomo pode formar até três pares de elétrons compartilhados. TÓPICO 3 | LIGAÇÕES QUÍMICAS 39 Veja abaixo o exemplo de compartilhamento de um par de elétrons e suas respectivas fórmulas: Notação de Lewis ou Fórmula eletrônica: H . x H Fórmula estrutural: H ------- H Fórmula molecular: H2 Neste exemplo pode-se verificar o compartilhamento de apenas dois elétrons, um elétron de cada átomo, formando-se assim uma ligação covalente simples ou sigma (σ), representada por um traço. Em outros casos, pode-se verificar o compartilhamento de quatro elétrons (dois elétrons de cada átomo), e assim há formação de uma ligação dupla ou pi (π). Um exemplo é a formação da molécula do gás oxigênio (O=O): como o oxigênio pertence à família 6A da Tabela Periódica, apresenta seis elétrons na camada de valência e para se estabilizar necessita realizar duas ligações covalentes. Enfim, quando são compartilhados seis elétrons (três de cada átomo) há formação de ligação tripla. Um exemplo é o que ocorre com a formação do gás nitrogênio (N2). Como o nitrogênio pertence à família 5A da Tabela Periódica, precisa realizar três ligações para se estabilizar, conforme a regra do octeto. 5.1 A LIGAÇÃO COVALENTE COORDENADA DATIVA Existe outro tipo de ligação covalente entre átomos de elementos (iguais ou diferentes) de alta eletronegatividade. Esse tipo de ligação recebe o nome de ligação covalente coordenada dativa ou ligação covalente coordenada ou dativa, que ocorre quando o par eletrônico compartilhado é formado por elétrons de apenas um dos átomos participantes. A ligação coordenada dativa é representada por uma flecha que parte do átomo que contribuiu com o par eletrônico para aquele que o está utilizando. Na fórmula estrutural da substância existem tantas flechas quantas ligações dativas forem realizadas (COVRE, Geraldo José, 2001). Caro acadêmico, você sabe quando ocorre uma ligação coordenada dativa? Este é um caso especial de ligação covalente, onde só realizará a ligação coordenada dativa o elemento que já tenha realizado suas ligações, ou seja, já está estável (octeto completo, ou seja, oito elétrons na camada de valência), e que apresente pelo menos um par de elétrons para compartilhar com o elemento que ainda não realizou suas ligações. Confira a Figura 18: este exemplo apresenta a fórmula estrutural do HClO3 (Ácido clórico) onde ocorrem duas ligações covalentes simples (entre o hidrogênio e o oxigênio) e duas coordenadas dativas (entre o cloro e os outros dois oxigênios), que são representadas por flechas. O cloro (família 7A da Tabela Periódica) se estabilizou fazendo uma ligação covalente simples com o oxigênio. Como esse elemento apresenta sete elétrons na camada de valência após sua estabilização, 40 UNIDADE 1 | ESTRUTURA ATÔMICA ainda apresenta pares de elétrons sobrando, por isso pode realizar duas ligações coordenadas dativas com os outros oxigênios que necessitam desses pares de elétrons para se estabilizar. FIGURA 18 - FÓRMULA ESTRUTURAL DO HCLO 3 FONTE: Disponível em: <http://www.reocities.com/Area51/ Hollow/9495/es_HClO3.gif.>. Acesso em: 22 jan. 2016. Já na Figura 19 podemos observar a formação do dióxido de enxofre (SO2). Repare que o enxofre (S) realiza uma dupla ligação com o oxigênio da direita (afinal, ambos são da família 6A da Tabela Periódica, apresentam seis elétrons na camada de valência e necessitam realizar duas ligações para se estabilizar) e, após sua estabilização com os pares de elétrons sobrantes, realiza uma ligação coordenada dativa com oxigênio da esquerda. FIGURA 19 - NOTAÇÃO DE LEWIS OU FÓRMULA ELETRÔNICA DO SO 2 FONTE: Disponível em: <http://www.infoescola.com/wp-content/ uploads/2009/08/ligacao-covalente-dativa-so2.jpg.>. Acesso em: 22 jan. 2016. Note que a figura anterior apresenta a Notação de Lewis (fórmula eletrônica) do SO2. FIGURA 20 - FÓRMULA ESTRUTURAL DO SO2 FONTE: Disponível em: <http://www.geocities.ws/Penna100/ estr_SO2.gif.>. Acesso em: 22 jan. 2016. TÓPICO 3 | LIGAÇÕES QUÍMICAS 41 Note que a figura anterior apresenta a fórmula estrutural do SO2 finalizando com uma ligação coordenada dativa (à esquerda) e uma dupla ligação. 6 A LIGAÇÃO METÁLICA “Ligação metálica é aquela realizada entre átomos e cátions de metais cujos elétrons mais externos migram do átomo para o cátion e vice-versa” (COVRE, Geraldo José, 2001 p. 120). Caro acadêmico, como o próprio nome diz, este tipo de ligação química ocorre entre metais. Os metais apresentam várias características, como boa condutividade de calor e eletricidade, maleabilidade (capacidade de formar lâminas), ductibilidade (capacidade de formar fios), tenacidade (resistência à tração), são sólidos à temperatura ambiente (25°C), com exceção do mercúrio (Hg), que é o único metal líquido, e são doadores de elétrons, ou seja, são catiônicos. Este tipo de ligação é conhecido como “mar de elétrons” ou “nuvem de elétrons”. Veja a Figura 21: FIGURA 21 - REPRESENTAÇÃO DA LIGAÇÃO METÁLICA FONTE: Disponível em: <http://webeduc.mec.gov.br/portaldoprofessor/ quimica/cd1/conteudo/aulas/2_aula/imagens/md.0000000 489.jpg.>. Acesso em: 22 jan. 2016. As ligações metálicas não apresentam fórmula eletrônica e fórmula estrutural, dependem do conhecimento específico dos retículos cristalinos. Os metais, em sua maioria, são representados por seus símbolos, sem valores de atomicidade (quantidade de átomos), que é muito grande e indeterminada. 42 UNIDADE 1 | ESTRUTURA ATÔMICA 6.1 AS LIGAS METÁLICAS Uma liga metálica é a junção de dois ou mais metais ou de metais com ametais, cujo componente principal é um metal. Porém, raramente um metal possui todas as qualidades necessárias paradeterminada aplicação. Por isso o objetivo de uma liga metálica é de melhorar as propriedades físico-químicas do material resultante e, se possível, diminuir o custo. As ligações metálicas justificam a ocorrência das ligas metálicas, pois estão presentes nelas. Você sabia que usamos várias ligas metálicas em nosso dia a dia? O aço inoxidável (ferro, carbono e cromo) e o bronze (cobre e estanho) são alguns exemplos. A seguir veremos mais alguns no Quadro 8. QUADRO 8 – EXEMPLOS DE LIGAS METÁLICAS E SUAS APLICAÇÕES Nome comercial Composição Aplicação Ouro 18 quilates Au (75%) e Ag, Cu (25%) Joias e ornamentos Amálgama Hg (50%), Ag (35%) e Sn (15%) Obturações odontológicas Solda comum Pb (67%) e Sn (33%) Solda elétrica Níquel-crômio Ni (60%), Cr (15%) e Fe (25%) Fios de resistência elétrica Duralumínio Aℓ (95%) e Cu, Mg, Mn (5%) Peças de automóveis e aviões Latão Cu (70%) e Zn (30%) Latões, parafusos, válvulas e bijuterias Aço comum Fe e C (0,1% a 1,5%) Peças, estruturas e fios Ouro branco Au (90%) e Pd (10%) Joias e ornamentos FONTE: A autora. Caro acadêmico, para aprofundar seu conhecimento sobre as ligações químicas, pesquise a referência: CHANG, Raymond. Química Geral: conceitos essenciais. 4. ed. Porto Alegre: McGraw Hill – Artmed 2010. DICAS DICAS TÓPICO 3 | LIGAÇÕES QUÍMICAS 43 7 GEOMETRIA E POLARIDADE DAS MOLÉCULAS Caro acadêmico, o termo geometria refere-se à maneira com que os átomos que formam uma molécula estão dispostos no espaço. Em outras palavras, é o “desenho geométrico” da molécula. “Pelo estudo das ligações químicas e dos átomos presentes na estrutura, pode-se identificar a forma geométrica das moléculas. Existe um especial interesse em se conhecer a geometria das moléculas que têm entre dois e cinco átomos”. (COVRE, 2001, p. 132). • Geometria molecular “É a forma como os átomos estão distribuídos espacialmente em uma molécula. Podendo assumir várias formas geométricas, dependendo dos átomos que a compõem. As geometrias moleculares mais estudadas são linear, angular, trigonal plana, piramidal e tetraédrica.” FONTE: Disponível em: <http://br.answers.yahoo.com/question index?qid=20090914184824AAH9c4y>. Acesso em: 13 mar. 2012. • Geometria linear: formada por dois elementos ou por três elementos sem sobra de pares de elétrons no átomo central. Com ângulo de ligação igual a 180º. FIGURA 22 – GEOMETRIA LINEAR DA MOLÉCULA DO CO 2 FONTE: Disponível em: <http://desconversa.com.br/wp- content/uploads/2015/03/co21.jpg.>. Acesso em: 26 jan. 2016. • Geometria angular: formada por três elementos e há sobras de pares de elétrons no átomo central, com ângulo de ligação igual a 104,5º. FIGURA 23 – GEOMETRIA ANGULAR DA MOLÉCULA DA H 2 O FONTE: Disponível em: <http://brasilescola.uol.com.br/ upload/e/mol%20dois.jpg.>. Acesso em: 26 jan. 2016. 44 UNIDADE 1 | ESTRUTURA ATÔMICA • Geometria Trigonal Plana: formada por quatro elementos e não há sobra de pares de elétrons no átomo central, com ângulo de ligação igual a 120º. FIGURA 24 – GEOMETRIA TRIGONAL PLANA DA MOLÉCULA DO BH 3 FONTE: Disponível em: <http://brasilescola.uol.com.br/ upload/e/mol%20tres.jpg.>. Acesso em: 26 jan. 2016. • Geometria Piramidal: formada por quatro elementos e há sobra de pares de elétrons no átomo central, com ângulo de ligação igual a 107º. FIGURA 25 - GEOMETRIA PIRAMIDAL DA MOLÉCULA DE NH 3 FONTE: Disponível em: <http://zeus.qui.ufmg.br/~qgeral/wp-content/ uploads/2012/08/Piramidal-trigonal-NH3.jpg.>. Acesso em: 26 jan. 2016. • Geometria Tetraédrica: formada por cinco elementos e não há sobra de pares de elétrons no átomo central, com ângulo de ligação igual a 109,25º. FIGURA 26 - GEOMETRIA TETRAÉDRICA DA MOLÉCULA DO CH4 FONTE: Disponível em: <http://brasilescola.uol.com.br/ upload/e/mol%20quatro(1).jpg.> Acesso em: 26 jan. 2016. TÓPICO 3 | LIGAÇÕES QUÍMICAS 45 7.1 POLARIDADE Caro acadêmico, você já ouviu falar em polaridade? E em polos contrários? Polos positivos e negativos? Neste momento iremos estudar um assunto que irá contemplar esses termos, e ainda nos ajudará a entender inúmeros fenômenos que ocorrem em nosso cotidiano. Lembrando do que foi estudado em ligações químicas, sabe-se que entre dois átomos, A e B, que estabelecem ligação covalente ou molecular, o par eletrônico pertencerá simultaneamente aos dois átomos ligantes; porém, dependendo da eletronegatividade, um átomo poderá atraí-lo com maior intensidade que outro. Neste sentido, podemos definir o termo polaridade. “Polaridade da ligação é o resultado da diferença entre as eletronegatividades dos átomos que estão ligados”. (COVRE, 2001, p. 135). Lembre-se de que eletronegatividade é a capacidade que um átomo tem de atrair elétrons de outro átomo, quando os dois realizam uma ligação química. Ainda falando sobre as ligações covalentes ou moleculares, podemos classificá-las segundo sua polaridade em: • Ligação covalente polar: formada por elementos diferentes, ou seja, há diferença de eletronegatividade e formação de cargas parciais d+ e d-, pois podemos identificar polos elétricos opostos. Quanto maior a diferença de eletronegatividade, maior a polaridade da ligação. Ex.: HCl • Ligação covalente apolar: formada por elementos iguais, ou seja, não há diferença de eletronegatividade, ou essa é muito pequena ou igual a zero. Se os elementos são iguais, os valores de eletronegatividade também são, logo, a ligação é apolar. Ex.: H2 Não se esqueça de consultar os valores de eletronegatividade dos elementos químicos em sua Tabela Periódica. NOTA 46 UNIDADE 1 | ESTRUTURA ATÔMICA 7.1.1 Polaridade Molecular Para verificarmos se uma molécula é polar ou apolar, devemos utilizar o vetor µ (momento dipolar), que apresenta as seguintes características: • Sentido: do átomo menos eletronegativo para o mais eletronegativo. • Módulo: é a diferença entre a eletronegatividade dos átomos. • Quando os vetores forem para o mesmo sentido o µ= 0 e a molécula será polar. • Quando os vetores forem para sentidos opostos o µ = 0 e a molécula será apolar. Veja os exemplos na figura a seguir. FIGURA 27 - LIGAÇÃO POLAR – LIGAÇÃO APOLAR FONTE: Disponível em: <http://www.infoescola.com/wp-content/uploads/2012/03/ van-der-waals1.jpg.>. Acesso em: 26 jan. 2016. “A polaridade de uma molécula depende da polaridade das ligações estabelecidas entre os átomos constituintes e da sua geometria”. (COVRE, 2001, p. 138). IMPORTANT E TÓPICO 3 | LIGAÇÕES QUÍMICAS 47 7.1.2 A polaridade e a solubilidade A solubilidade de uma substância em outra depende diretamente da polaridade de suas moléculas. Regra de solubilidade: “Semelhante dissolve semelhante”, ou seja: Polar dissolve substância polar. Apolar dissolve substância apolar. Ex.: O KCl (polar) dissolve-se em H2O (polar), mas não se dissolve em C6H6 (apolar). O CH4 (apolar) dissolve-se em C6H6 (apolar), mas não se dissolve em H2O (polar). 8 FORÇAS INTERMOLECULARES “Força intermolecular é o nome dado à atração existente entre unidades elementares”. (COVRE, 2001, p. 141). São forças de interações entre moléculas. As forças intermoleculares justificam a presença dos estados físicos das substâncias: estado sólido, estado líquido e estado gasoso, o que nos faz concluir que, entre as moléculas, existem forças de atração de diferentes intensidades. As forças intermoleculares interferem diretamente nas temperaturas de fusão (PF) e nas temperaturas de ebulição (PE) de uma substância. Quanto mais intensa for a força de atração entre as moléculas, mais difícil será separá-las, ou seja, será necessário fornecer muita energiapara que tal separação ocorra, o que justifica as altas temperaturas de fusão e ebulição. Ligações intermoleculares fortes x altas temperaturas de fusão e ebulição. Uma substância no estado sólido apresenta altas forças de atração entre suas moléculas em relação ao estado líquido. No estado gasoso, as forças de atração entre as moléculas são muito baixas, ou quase nulas. As forças intermoleculares se dividem em dois tipos: Forças de Van der Waals e Ligação de hidrogênio, ou Pontes de hidrogênio. NOTA 48 UNIDADE 1 | ESTRUTURA ATÔMICA 8.1 FORÇAS DE VAN DER WAALS As Forças de Van der Waals ocorrem entre moléculas polares. A formação do dipolo se dá através da diferença de eletronegatividade entre os ligantes: o polo da extremidade negativa de uma molécula atrai o polo da extremidade positiva da molécula vizinha. FIGURA 28 - FORMAÇÃO DO DIPOLO NA MOLÉCULO DE ÁCIDO CLORÍDRICO (HCl) FONTE: Disponível em: <http://webeduc.mec.gov.br/portaldoprofessor/quimica/cd1/ conteudo/aulas/1_aula/imagens/0000000539.jpg>. Acesso em: 26 jan. 2016. Esse tipo de interação também ocorre nas ligações iônicas, porém com uma intensidade bem menor. Na figura anterior temos o exemplo do HCl, a uma temperatura de –84 ºC, onde já se consegue quebrar as ligações das moléculas do ácido clorídrico no estado líquido e, assim, pode ocorrer a passagem para o estado gasoso. • FORÇAS DE VAN DER WAALS: São interações fracas e são classificadas em: Dipolo-Dipolo e Dipolo-Instantâneo - Dipolo Induzido (ou Forças de London). 8.2 DIPOLO-DIPOLO OU DIPOLO INSTANTÂNEO São forças de atração que ocorrem em moléculas apolares no estado sólido ou líquido. A nuvem de elétrons nas moléculas apolares é contínua, não aparecendo cargas elétricas. Essa nuvem pode ser deformada por alguma ação externa, como a elevação da pressão e o abaixamento da temperatura, o que ocasiona uma distribuição desigual de cargas e o aparecimento de um dipolo. O dipolo instantâneo induz a polarização da molécula vizinha, resultando em uma fraca atração entre elas. Veja o exemplo das moléculas de O2, na figura a seguir. TÓPICO 3 | LIGAÇÕES QUÍMICAS 49 FIGURA 29 - DIPOLO INSTANTÂNEO DO O 2 INDUZ A POLARIZAÇÃO DA MOLÉCULA VIZINHA FONTE: Disponível em: <http://brasilescola.uol.com.br/upload/conteudo/images/ polarizacao%20do%20oxigenio.jpg.>. Acesso em: 26 jan. 2016. Com o oxigênio em estado líquido, as forças de atração entre as moléculas de O2 são tão fracas que a –183 ºC já se consegue quebrar essas ligações, e o oxigênio passa para o estado gasoso. 8.3 PONTES DE HIDROGÊNIO OU LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO “Ponte de hidrogênio ou ligação de hidrogênio é o nome dado à força de atração existente entre dipolos permanentes quando o hidrogênio está ligado a átomos de alta eletronegatividade e pequenos, ou seja, flúor, oxigênio e nitrogênio”. (COVRE, 2001, p. 142). As Pontes de hidrogênio ou ligações de hidrogênio se encaixam a um caso particular de interação dipolo-dipolo, em que o dipolo formado é muito intenso. Esse fenômeno ocorre quando a diferença de eletronegatividade entre os elementos ligantes é muito alta. Esse tipo de interação ocorre em moléculas polares. Exemplos: Moléculas de ácido fluorídrico, água, amônia e metanol. A intensidade das pontes de hidrogênio é muito maior que a força de Van der Waals, pois para a água passar do estado líquido para o estado gasoso, ou seja, evaporar, necessita-se de 100ºC, o que é uma temperatura muito elevada. Quanto mais intensa for a força intermolecular, maior será a energia necessária para separar as moléculas, ou seja, maior serão as temperaturas de fusão e ebulição. Veja a seguir a ordem de crescimento das forças intermoleculares: ATENCAO 50 UNIDADE 1 | ESTRUTURA ATÔMICA Forças de Van der Waals -> Dipolo -Instantâneo -> Pontes de Hidrogênio Quanto maior o tamanho da molécula, mais fácil a ocorrência de distorções da nuvem eletrônica; em consequência, mais fácil será a formação de polos. Logo, à medida que o tamanho da molécula aumenta (aumento da massa molecular), aumenta também a temperatura de ebulição. O tamanho da molécula e a temperatura de ebulição são diretamente proporcionais. LEITURA COMPLEMENTAR Elementos químicos recentemente adicionados à Tabela Periódica Desde a sua composição pelo químico e inventor Dimitri Mendeleev, na segunda metade do século XIX, a Tabela Periódica ficou sujeita a constantes atualizações. Algum tempo depois de sua ampla adoção, foram descobertos o gálio e o germânio, cujas propriedades preenchiam satisfatoriamente as lacunas da tabela, previstas anos antes por Mendeleev. O último elemento químico que se presumia ocorresse espontaneamente na natureza, o frâncio, foi descoberto em 1939. Em 1971, porém, cientistas identificaram pequenas partículas de plutônio que se formavam naturalmente. Quase ao mesmo tempo em que os últimos elementos de formação espontânea iam sendo adicionados à tabela, pesquisadores realizavam experiências com o urânio e o plutônio, que, ao terem seus átomos bombardeados por outras partículas (como, por exemplo, nêutrons ou partículas carregadas de movimento rápido), dão origem a novos entes, os chamados elementos sintéticos. É esta a principal vertente na qual a química atual investe, no que tange à descoberta de novos elementos, todos artificiais em essência, ou seja, sintetizados em laboratório. Assim, os elementos mais recentes da Tabela Periódica são ao mesmo tempo classificados como transurânicos, por terem número atômico maior que 92, e sintéticos, pela fabricação artificial. Como a Tabela Periódica conta, ao momento da composição deste artigo (04/2012), com 118 elementos classificados, temos 26 elementos transurânicos e 20 elementos sintéticos. Nos últimos 20 anos nove foram os elementos adicionados à Tabela Periódica: 110 - Darmstadtium (Ds) - 1994 111 - Roentgenium (Rg) - 1994 112 - Copernicium (Cn) - 1996 113 - Ununtrium (Uut) - 2003 114 - Ununquadium (Uuq) - 1999 115 - Ununpentium (Uup) - 2003 116 - Ununhexium (Uuh) - 2000 ATENCAO TÓPICO 3 | LIGAÇÕES QUÍMICAS 51 117 - Ununseptium (Uus) - 2010 118 - Ununoctium (Uuo) – 2012 As principais características de todos estes elementos, além de não terem na prática um uso definido, é que são todos radioativos, têm uma vida média brevíssima, em muitos casos, poucos segundos ou às vezes menos, e em consequência, sofrem um processo chamado “decaimento”, que consiste na conversão, ao momento em que sua vida média cessa, em elementos de massa atômica menor. Até o momento, apenas três destes elementos listados possuem nome definido, que é selecionado pelo IUPAC - em inglês, International Union of Pure and Applied Chemistry ou União Internacional de Química Pura e Aplicada. O Darmstadium recebe o nome da cidade onde foi pela primeira vez sintetizado - Darmstad, na Alemanha; o Roentgenium, batizado em homenagem a Wilhelm Conrad Röntgen, o descobridor do Raio-X; o Copernicium deve seu nome ao astrônomo polonês Nicolau Copérnico. Os elementos seguintes não possuem nome definido. Seu nome provisório é apenas o equivalente em latim para os numerais 113 a 118 (ununtrium é a forma latina de 13, e assim por diante). Mas a qualquer momento a IUPAC pode atribuir uma nomenclatura definitiva a estes elementos, que receberão, provavelmente, nomes de personalidades, ou das cidades onde foram sintetizados pela primeira vez. FONTE: Disponível em: <http://www.infoescola.com/quimica/elementos-quimicos- recentemente-adicionados-a-tabela-periodica/>. Acesso em: 22 jan. 2016. 52 RESUMO DO TÓPICO 3 • Os átomos apresentam a tendência de perder ou ganhar elétrons para obter os oito elétrons na camada de valência. • Ligação iônica ocorre por transferência deelétrons, entre um metal e um não metal. • A ligação covalente ou molecular ocorre por compartilhamento de elétrons entre não metal com não metal. • A ligação coordenada dativa é um caso particular de ligação covalente. • As ligações metálicas ocorrem entre metais e são conhecidas como “nuvem de elétrons” ou “mar de elétrons”. • As ligas metálicas são junções de dois ou mais metais, podendo conter um não metal, com o intuito de melhorar suas propriedades. • O termo geometria refere-se à maneira como os átomos que formam uma molécula estão dispostos no espaço. Em outras palavras, é o “desenho geométrico” da molécula. • Geometria é a forma como os átomos estão distribuídos espacialmente em uma molécula, podendo assumir várias formas geométricas, dependendo dos átomos que a compõem. • As geometrias moleculares mais estudadas são linear, angular, trigonal plana, piramidal e tetraédrica. • Polaridade da ligação é o resultado da diferença entre as eletronegatividades dos átomos que estão ligados, e eletronegatividade é a capacidade que um átomo tem de atrair elétrons de outro átomo, quando os dois realizam uma ligação química. • Ligação covalente polar: formada por elementos diferentes, ou seja, há diferença de eletronegatividade e formação de cargas parciais d+ e d-, pois podemos identificar polos elétricos opostos. Quanto maior a diferença de eletronegatividade, maior a polaridade da ligação. Ex.: HCl. • Ligação covalente apolar: formada por elementos iguais, ou seja, não há diferença de eletronegatividade, ou essa é muito pequena ou igual a zero. Se os elementos são iguais, os valores de eletronegatividade também são, logo, a ligação é apolar. Ex.: H2. 53 • Para verificarmos se uma molécula é polar ou apolar, devemos utilizar o vetor µ (momento dipolar), que apresenta as seguintes características: a) Sentido: do átomo menos eletronegativo para o mais eletronegativo. b) Módulo: é a diferença entre a eletronegatividade dos átomos. c) Quando os vetores forem para o mesmo sentido o µ= 0 e a molécula será polar. d) Quando os vetores forem para sentidos opostos o µ = 0 e a molécula será apolar. • A solubilidade de uma substância em outra depende diretamente da polaridade de suas moléculas. Regra de solubilidade: “Semelhante dissolve semelhante”, ou seja: Polar dissolve substância polar, apolar dissolve substância apolar. • Força intermolecular é o nome dado à atração existente entre unidades elementares. • As Forças de Van der Waals ocorrem entre moléculas polares. A formação do dipolo se dá através da diferença de eletronegatividade entre os ligantes: o polo da extremidade negativa de uma molécula atrai o polo da extremidade positiva da molécula vizinha. • Ponte de hidrogênio ou ligação de hidrogênio é o nome dado à força de atração existente entre dipolos permanentes quando o hidrogênio está ligado a átomos de alta eletronegatividade e pequenos, ou seja, flúor, oxigênio e nitrogênio. • Tamanho da molécula: Quanto maior o tamanho da molécula, mais fácil a ocorrência de distorções da nuvem eletrônica; em consequência, mais fácil será a formação de polos. 54 1 Dois elementos, X e Y, apresentam valores de números atômicos 20 e 17, respectivamente. A fórmula molecular e o tipo de ligação do composto formado são: Assinale a alternativa CORRETA: a) ( ) XY2 ligação covalente. b) ( ) X2Y ligação iônica. c) ( ) XY2 ligação iônica. d) ( ) X2Y ligação covalente. e) ( ) X2Y2 ligação iônica. 2 Explique por que o íon cloreto (Cl-) é estável e o átomo de cloro (Cl) não, ou seja, é instável. 3 Após os estudos realizados sobre polaridade, assinale a alternativa CORRETA: a) ( ) A polaridade é dependente da eletropositividade. b) ( ) Ligações polares ocorrem entre elementos iguais. c) ( ) Ligações apolares ocorrem entre elementos diferentes. d) ( ) As moléculas polares são solúveis em água. AUTOATIVIDADE
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