AULAS 6, 7 e 8 Ligações químicas

Prévia do material em texto

Ligações químicas
Combinação dos átomos
Átomos
Como os átomos 
se combinam?
LIGAÇÕES 
QUÍMICAS
Compostos
Tipos de ligação química
Ligação covalenteLigação iônica Ligação metálica
Compostos 
iônicos
Compostos 
covalentes
Compostos 
metálicos
TERMODINÂMICAPor que uma ligação química se forma?
Estabilidade química
Átomos de H 
(25°, 1 atm)
Moléculas de H2
(25°, 1 atm)
Diminuição da energia do 
sistema
Por que a energia diminui devido à 
formação de uma ligação química?
Entalpia (H)
Tendências para ganho e 
perda de elétrons
O que os gases nobres 
tem de especial em sua 
configuração 
eletrônica?
Regra do octeto
Estrutura 
de Lewis
𝑂: 1𝑠22𝑠22𝑝4 𝑂
2-
𝑂
Como um determinado elemento pode 
alcançar a regra do octeto?
Regra do octeto
𝑂 𝑂
Ganho ou perda
de elétrons
Compartilhamento 
de elétrons
Ligação covalente
Ligação iônica
Ligações iônicas
Esse processo ocorre 
espontaneamente?
Sistema gasoso 
de íons Na e Cl
𝑁𝑎 𝐶𝑙 [𝑁𝑎] [ 𝐶𝑙 ]+ -𝑁𝑎 𝐶𝑙+ -
Composto 
iônico (NaCl)
𝑁𝑎 𝑠 +
1
2
𝐶𝑙2 (𝑔) → 𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑠) ∆𝐻𝑓
𝑜 ≪ 0
Por quê
???
Ligações iônicas
𝑁𝑎 𝑠 +
1
2
𝐶𝑙2 (𝑔) → 𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑠) ∆𝐻𝑓
𝑜 𝑁𝑎𝐶𝑙 𝑠 = −411,2 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙−1
𝑁𝑎 𝑠 → 𝑁𝑎(𝑔) ∆𝐻𝑠
𝑜 𝑁𝑎 𝑠 = 107,1 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙−1
𝐶𝑙2 (𝑔) → 2𝐶𝑙(𝑔) ∆𝐻𝑎
𝑜 𝐶𝑙2 (𝑔) = 243,4 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙
−1
𝑁𝑎 𝑔 → 𝑁𝑎+ 𝑔 + 𝑒−(𝑔) 𝐸𝑖 𝑁𝑎 𝑔 = 496,0 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙
−1
𝐶𝑙 𝑔 + 𝑒−(𝑔) → 𝐶𝑙−(𝑔) 𝐸𝑎𝑒 𝐶𝑙 𝑔 = −348,0 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙
−1
𝑁𝑎+ 𝑔 + 𝐶𝑙−(𝑔) → 𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑠) ∆𝐻𝑟𝑒𝑑𝑒
𝑜 = ? ? −788,0 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙−1
Por que não se forma o composto NaCl2???
2ª𝐸𝑖 𝑁𝑎 𝑔 = 4563 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙
−1
𝐶𝑎 𝑠 + 𝑂2 (𝑔) → 𝐶𝑎𝑂 (𝑠)
Como podemos determinar a 
energia de rede para formação 
do cloreto de cálcio
???
Energia de rede
De quais fatores 
depende a 
energia de rede
???
Energia de rede
𝐵𝑒𝐻2 (𝑔)
𝑀𝑔𝐻2 (𝑔)
𝐶𝑎𝐻2 (𝑔)
∆𝐻𝑟𝑒𝑑𝑒
𝑜 = 3205 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙−1
∆𝐻𝑟𝑒𝑑𝑒
𝑜 = 2791 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙−1
∆𝐻𝑟𝑒𝑑𝑒
𝑜 = 2410 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙−1
𝑆𝑟𝐻2 (𝑔) ∆𝐻𝑟𝑒𝑑𝑒
𝑜 = 2250 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙−1
A regra do 
octeto vale 
para o 
hidrogênio?
Quais elementos na tabela periódica 
tendem a se combinar para formar 
compostos iônicos
???
Como prever a 
fórmula mínima 
de um 
composto 
iônico
???
Ligações covalentes
H(g)
(25°, 1 atm)
H2(g)
(25°, 1 atm)
Moléculas
Por que a molécula de H2 é 
mais estável do que os 
átomos de H separados?
H2
Fórmula molecular 
Em que difere da fórmula 
de um composto iônico?
Ligações covalentes: Teoria do orbital molecular
𝜓1𝑆(𝐴) 𝜓1𝑆(𝐵)
𝜓𝐻2 =
𝑐𝐴𝜓𝐻 𝐴 + 𝑐𝐵𝜓𝐻(𝐵)
Ligações covalentes: Curva de energia potencial
En
er
gi
a 
p
o
te
n
ci
al
 /
 k
J
m
o
l-1
Distância internuclear / nm
0
deq
AtraçãoRepulsão
Ligações covalentes: Estruturas de Lewis
+ + 1elétron 
para cada F
Completar o octeto 
de cada átomo
𝐹 𝐹+
- - A molécula 
de flúor é 
neutra
𝐹 𝐹
Compartilhamento 
de um par de 
elétrons
Molécula de F2
Par de elétrons 
compartilhado
𝐹 𝐹
Par de elétrons 
livre
Octeto 
completo
14 elétrons 
de valência
𝐹 𝐹
Não estão envolvidos 
na ligação
Ligações covalentes: Estruturas de Lewis
Ligações múltiplas
𝐹 𝐹
𝑂 𝑂 𝑂𝑂 𝑂𝑂
𝑁 𝑁 𝑁𝑁𝑁𝑁
F2
O2
N2
Ligações covalentes: Estruturas de Lewis
Moléculas poliatômicas
Qual a estrutura de Lewis 
para uma molécula de 
metano?
𝐶𝐻4 𝐶
𝐻
𝐻𝐻
𝐻
𝐶
𝐻
𝐻𝐻
𝐻
8 elétrons 
de valência
Ligações covalentes: Estruturas de Lewis
Moléculas poliatômicas
𝑁𝐻3 𝑁𝐻4
+ 𝐶2𝐻4
𝐻𝑃𝑂4
2− 𝑁2𝑂 𝐶𝑂3
2−
Ligações covalentes: Estruturas de Lewis
Estruturas de ressonância
𝐶 𝑂𝑂
𝑂
2-
𝐶 𝑂𝑂
𝑂
2-
𝐶 𝑂𝑂
𝑂
2-
Estabilização da estrutura
Ligações covalentes: Estruturas de Lewis
Estruturas de Lewis
Mostrar a 
conectividade 
entre os átomos
Prever a ordem 
das ligações 
entre os átomos
Estruturas hipotéticas
Carga formal
Decidindo entre diferentes estruturas de Lewis
𝑁2𝑂
𝑂 𝑁𝑁 𝑁 𝑂𝑁
𝐶𝐹 = 𝑁𝑒−(𝑉) − 𝑁𝑒−(𝑛𝐿) −
1
2
𝑁𝑒−(𝐿)Pares de elétrons 
compartilhados igualmente 
entre os átomos que formam 
a ligação
-1 -1+2 -1 0+1
෍𝐶𝐹 = 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑎 𝑒𝑠𝑝é𝑐𝑖𝑒
23
Uma correção para a ligação covalente
𝐶𝑙𝐶𝑙
Par de elétrons 
compartilhado
Igualmente atraído pelo 
núcleo dos dois 
elementos
Do que depende a 
atração exercida por um 
átomo sobre os elétrons 
da ligação?
• Carga nuclear efetiva
• Distância núcleo – elétron 
na ligação química
Eletronegatividade
𝐻𝐶𝑙
Par de elétrons 
compartilhado
Os elementos atraem os 
elétrons da ligação com 
forças diferentes
24
Eletronegatividade e tabela periódica
25
Eletronegatividade e polaridade de 
ligações químicas
𝐶𝑙𝐶𝑙 𝐻𝐶𝑙
Carga formal:
CF = 7 – 6 – 1 
CF = 0
Não é a carga 
real do átomo 
de Cl na 
molécula de HCl
26
Polaridade de ligações químicas
𝐻𝐶𝑙
𝛿 − 𝛿 +
𝜇
Momento de 
dipolo da ligação
Cargas parciais 
sobre os átomos 
da ligação
Prever o tipo de 
ligação formada
Diferença de 
eletronegatividade
ZERO
INTERMEDIÁRIA
GRANDE (> 1,9)
Ligação covalente apolar
Ligação covalente polar
Ligação iônica
𝜇 = 0
𝜇 ≠ 0
Aumenta com o 
aumento na diferença 
da eletronegatividade
Carga formal
Decidindo entre diferentes estruturas de Lewis
𝑁2𝑂
𝑂 𝑁𝑁 𝑁 𝑂𝑁
-1 -1+2 -1 0+1
As cargas formais dos átomos são mais próximas de zero possível;
As cargas formais mais negativas estão nos elementos mais eletronegativos;
28
Carga formal
Decidindo qual estrutura de Lewis contribui
mais para o híbrido de ressonância
𝑁𝐶𝑆
−
Íon tiocianato
𝐶 𝑆𝑁
-
𝐶 𝑆𝑁
-
𝐶 𝑆𝑁
-
-2 +10 -1 00 0 -10
29
Exceções à regra do octeto
𝑃𝐶𝑙5 𝐵𝐹3
𝑃 𝐶𝑙
𝐶𝑙
𝐶𝑙𝐶𝑙
𝐶𝑙
𝐵 𝐹
𝐹
𝐹