Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 2. LIGAÇÃO IÔNICA: CONCEITOS, CARACTERÍSTICAS 3. LIGAÇÃO COVALENTE: ESTRUTURAS, CONCEITOS, CARACTERÍSTICAS 4. LIGAÇÃO COVALENTE COORDENADA 5. LIGAÇÃO METÁLICA 6. GEOMETRIA MOLECULAR E POLARIDADE DE MOLÉCULAS 1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 7. TEORIA DA REPULSÃO DOS PARES DE ELÉTRONS DA CAMADA DE VALÊNCIA 8. TEORIA DA LIGAÇÃO DE VALÊNCIA 9. ESTRUTURAS RESSONANTES 10. FORÇAS INTERMOLECULARES LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS E SÍMBOLOS DE LEWIS OCTETO ELECTRÔNICO Lewis LIGAÇÃO DE VALÊNCIA Heitler-London Compartilhamento de elétrons Sobreposição de orbitais atômicos GEOMETRIA Repulsão de elétrons na camada de valência Hibridação de orbitais atômicos TEORIA Equilíbrio: Força de atração (A1 + A2) força de repulsão (R1 + R2) LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS E SÍMBOLOS DE LEWIS 1. Representações onde os ELÉTRONS DA CAMADA DE VALÊNCIA do átomo são descritos através de pontos ou cruzes; Estrutura Lewis BeH2 LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 2. LIGAÇÃO IÔNICA: CONCEITOS, CARACTERÍSTICAS Ocorre entre átomos que apresentam �Baixo potencial de ionização – facilidade perder elétrons �Alta afinidade eletrônica- facilidade em receber elétrons Ocorre quando um ou mais elétrons são TRANSFERIDOS da CAMADA DE VALÊNCIA de um átomo para a camada de valência de outro átomo; ATRAÇÃO ELETROSTÁTICA1 15 16 17 18 14132 LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 2. LIGAÇÃO IÔNICA: CONCEITOS, CARACTERÍSTICAS CÁTION ÂNION REPRESENTAÇÃO LEWIS: Na0 + F ���� Na+ [ F ]- 00 00 00 0 00 00 00 00 ATRAÇÃO ELETROSTÁTICA Outras representações: �Fórmula unitária ou fórmula mínima : NaCl �Fórmula iônica: Na+ Cl- LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 2. LIGAÇÃO IÔNICA: CONCEITOS, CARACTERÍSTICAS REGRA DO OCTETO 1. O GANHO ou PERDA de elétrons por um átomo ocorre até que seja atingido o OCTETO; 2. A configuração na camada de valência ns2np6 é adquirida pelos átomos após efetuar a ligação � AUMENTO DA ESTABILIDADE DOS ÁTOMOS. REGRA DO OCTETO ÍONS COM CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA DE GÁS NOBRE + 1 + 2 + 3 - 3 - 2 - 1 Li+ Mg2+ Al3+ N3- O2- F- Na+ Ca2+ P3- S2- Cl- K+ Ba2+ Se2- Br- AY+ e BX- AXBY Cátion Ânion Molécula neutra LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 2. LIGAÇÃO IÔNICA: CONCEITOS, CARACTERÍSTICAS Fluoreto de alumínio AlF3 Fluoreto de cálcio CaF2 LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 2. LIGAÇÃO IÔNICA: CONCEITOS, CARACTERÍSTICAS Íons mono e polinucleares Íons polinucleares – originam a partir de dois ou mais átomos e que por isso apresentam dois ou mais núcleos. NH4+ - íon amônio PO4-3 – íon fosfato CO3-2 – íon carbonato SO4-2 – íon sulfato LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 2. LIGAÇÃO IÔNICA: CONCEITOS, CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS 1. Altos pontos de fusão e ebulição; 2. Todos são sólidos a temperatura ambiente; 3. No estado sólido são maus condutores de eletricidade � Íons restritos na rede cristalina; 4. Conduzem eletricidade quando em solução aquosa ou fundidos; Rede cristalina do NaCl Cl-Na+ LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 2. LIGAÇÃO IÔNICA: CONCEITOS, CARACTERÍSTICAS Clivagem: a) cristal metálico b)cristal iônico Substâncias duras, porém quebradiças. Duros���� Interações fortes Quebradiços���� Ao se tentar deslocar uma camada em relação a outra, íons de mesma carga ficam juntos e repelem-se fortemente, levando a ruptura do cristal. LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 2. LIGAÇÃO IÔNICA: CONCEITOS, CARACTERÍSTICAS Alguns compostos iônicos e suas aplicações COMPOSTO USOS CaCO3 (Carbonato de cálcio) • Giz NaF ( Fluoreto de sódio) • Cremes dentais NaCl (Cloreto de sódio) • Sal de cozinha • Produção de NaOH KCl (Cloreto de potássio) • Fertilizantes HgCl2 (Cloreto de mercúrio II) • Pesticida TiO2 (dióxido de titânio) • Pigmentos de tintas e esmaltes LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 1. União por meio de pares de elétrons, proposta por G.N. Lewis em 1916, logo após o lançamento da teoria de Bohr; 2. A ligação ficaria representada por meio de dois pontos, que seriam os elétrons, colocados entre os símbolos dos elementos, ou por um traço, simbolizando a união; 3. LIGAÇÃO COVALENTE: ESTRUTURAS, CONCEITOS, CARACTERÍSTICAS COMPARTILHAMENTO DE UM OU MAIS PARES DE ELÉTRONS POR ÁTOMOS LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 1. Na concepção de Lewis, os dois elétrons da ligação são atraídos eletrostaticamente pelos dois núcleos atômicos, sendo compartilhados pelos mesmos. Associada a esse modelo de ligação está a teoria do octeto; 2. Segundo Lewis, os elétrons ficariam dispostos ao redor do núcleo de modo a minimizar a repulsão entre os mesmos. O número máximo de elétrons de valência seria oito, com exceção dos elementos do primeiro período (H, He). 3. LIGAÇÃO COVALENTE: ESTRUTURAS, CONCEITOS, CARACTERÍSTICAS Cl Cl LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 3. LIGAÇÃO COVALENTE: ESTRUTURAS, CONCEITOS, CARACTERÍSTICAS Ligação covalente simplesLigação covalente simples 1. É aquela que ocorre entre dois átomos através do compartilhamento de um par de elétrons; Exemplos: NH3 H2O CH4 LIGAÇÃO SIGMA (δδδδ) • Os orbitais atômicos interpenetram-se frontalmente; LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 3. LIGAÇÃO COVALENTE: ESTRUTURAS, CONCEITOS, CARACTERÍSTICAS Ligação covalente múltiplas 1. É aquela que ocorre entre dois átomos através do compartilhamento de dois ou três pares de elétrons. Exemplos: N2 C2H2 C2H4 CO2 LIGAÇÃO PI ( ΠΠΠΠ ) • Os orbitais atômicos interpenetram-se lateralmente (paralelamente); Sigma LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 3. LIGAÇÃO COVALENTE: ESTRUTURAS, CONCEITOS, CARACTERÍSTICAS �Comprimento de ligação: é a distância entre os núcleos de dois átomos unidos por uma ligação química. �Energia de ligação: é a quantidade de energia necessária para quebrar a ligação e produzir fragmentos. Ordem de ligação Número de ligações covalentes que existem entre um par de átomos. LIGAÇÃO ORDEM DE LIGAÇÃO COMPRIMENTO LIGAÇÃO (picometro) Energia ligação (Kj mol-1) C – C 1 154 370 C = C 2 137 699 C ≡≡≡≡ C 3 120 960 C – O 1 143 350 C = O 2 127 750 Variação das propriedades da ligação com a ordem de ligação LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 3. LIGAÇÃO COVALENTE: ESTRUTURAS, CONCEITOS, CARACTERÍSTICAS COMPRIMENTO DE LIGAÇÃO x ENERGIA DE LIGAÇÃO Comparação de ligações C-C e C-H em função da hibridização Fonte: McMurry, Jonh. Organic Chemistry 5th Pag.24 LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 3. LIGAÇÃO COVALENTE: ESTRUTURAS, CONCEITOS, CARACTERÍSTICAS Ligação covalente polar e apolar Hδ+ – Clδ- Ligação covalente polar - Quando numa ligação covalente dois átomos possuem diferentes valores de eletronegatividade, ocorre a formação de cargas parciais δ+ e δ-. Ligação covalente apolar – Os átomos possuem valores de eletronegatividades iguais ou a soma dos momentos de dipolo da molécula é igual a zero. O = C = O LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 4. LIGAÇÃO COVALENTE COORDENADA 1. Quando o par de elétrons de um átomo é compartilhado por dois átomos; 2. Não difere da ligação covalente comum � diferença somente na origem do par de elétrons da ligação; ELEMENTOS C e Si N e P O e S F, Cl, Br e I Simbolo Lewis Estrutura Ligações covalentes comuns 4 3 2 1 Ligações covalentes coordenadas 0 1 2 3 C N O Cl LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 5. LIGAÇÃO METÁLICA 1. Ocorre entre íons positivos (cátions)e elétrons. METAL METAL Elemento de baixo potencial de ionização � tendência a perder elétrons Elemento de baixo potencial de ionização � tendência a perder elétrons Liberação de elétrons Substância metálica LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 5. LIGAÇÃO METÁLICA �Ligação metálica é caracterizada por forças elétricas entre a “nuvem” de elétrons e os íons positivos. 1. PONTO DE FUSÃO E EBULIÇÃO ELEVADOS Na: PF 97.8 oC Mg: PF 650 oC Al: PF 660 oC LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 5. LIGAÇÃO METÁLICA 2. Maleáveis – podem ser entortados e transformados em lâminas. lâmina de ouro 3. Dúcteis – podem ser transformados em fios. fio de cobre LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 6. GEOMETRIA MOLECULAR E POLARIDADE DE MOLÉCULAS 1. As moléculas podem apresentar diversas geometrias (formas) em função das ligações que efetuam; 2. A polaridade da molécula afeta as propriedades da mesma como ponto de fusão e ebulição, viscosidade e tensão superficial (líquidos). LINEAR TRIANGULAR TETRAÉDRICA 109,50 LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS OCTAÉDRICA BIPIRAMIDAL TRIGONAL 6. GEOMETRIA MOLECULAR E POLARIDADE DE MOLÉCULAS LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 7. TEORIA DA REPULSÃO DOS PARES DE ELÉTRONS DA CAMADA DE VALÊNCIA 1. Esta teoria prevê qual será a forma da molécula pela disposição dos elétrons da camada de valência; 2. Os pares de elétrons dispõem-se em torno do átomo central de modo que se minimize as repulsões elétricas entre eles; 1. Existem 4 pares de elétrons em torno do átomo de nitrogênio 2. A direção de máxima separação será conforme um tetraedro. (Geometria eletrônica) 3. Como somente ocorre a ligação de 3 dos 4 pares de elétrons a forma da molécula será piramidal (Geometria molecular) LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS INCORRETO CORRETO CORRETOINCORRETO 7. TEORIA DA REPULSÃO DOS PARES DE ELÉTRONS DA CAMADA DE VALÊNCIA LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 8. TEORIA DA LIGAÇÃO DE VALÊNCIA � Primeira teoria desenvolvida segundo os orbitais atômicos; � Numa ligação covalente um orbital atômico de um átomo superpõe-se com um orbital atômico do outro; � A fusão de dois orbitais atômicos é chamado superposição de orbitais: � Quanto maior for a sobreposição mais forte será a ligação � O mesmo número de orbitais híbridos se formam a partir dos orbitais atômicos � Segundo esta teoria ligações H-H formam-se pela sobreposição de orbitais 1s: �A distribuição eletrônica resultante é denominado orbital molecular σσσσ. LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 8. TEORIA DA LIGAÇÃO DE VALÊNCIA �orbital molecular pi são formados quando elétrons em orbitais p se sobrepõem lado-a- lado. GENERALIZAÇÕES: �Toda ligação covalente simples é uma ligação σσσσ; � A interpenetração de orbitais perpendiculares (p) conduz a ligações pi, ou seja, em uma ligação dupla uma ligação é σσσσ e a outra pi; � O número de orbitais híbridos é sempre igual ao número de orbitais atômicos combinados; �Na hibridização combina-se orbitais e não elétrons. O carbono forma 4 ligações covalentes Como é possível se ele somente tem dois elétrons desemparelhados? LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 8. TEORIA DA LIGAÇÃO DE VALÊNCIA HIBRIDAÇÃO sp3 DO CARBONO Promoção Orbitais híbridos sp3 Não hibridizado LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 8. TEORIA DA LIGAÇÃO DE VALÊNCIA HIBRIDAÇÃO sp2 DO CARBONO sp2 2pz Promoção sp2 sp2sp2 A ligação pi somente ocorre com orbitais p não hibridizados LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 8. TEORIA DA LIGAÇÃO DE VALÊNCIA HIBRIDAÇÃO sp DO CARBONO 2sp 2p 2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz Sobreposição pi Sobreposição sigma spsp LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 8. TEORIA DA LIGAÇÃO DE VALÊNCIA OUTRAS HIBRIDIZAÇÕES sp3dsp3d2 LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 8. TEORIA DA LIGAÇÃO DE VALÊNCIA GENERALIZAÇÕES �O orbital s possui menos energia que o orbital p; �As ligações, desta forma, serão mais fortes quanto maior for a contribuição do orbital s a ligação; p < sp3 < sp2 <sp � As formas geométricas que encontramos para as hibridações da figura obedecem a: �Menor repulsão dos elétrons; � Orbitais o mais afastado possível; Desta forma, as configurações linear, tetraédrica, etc. atendem a estas condições. DEMONSTRAÇÃO DAS HIBRIDIZAÇÕES LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 9. ESTRUTURAS RESSONANTES DESLOCALIZAÇÃO CONSTANTE E PERMANENTE DOS ELÉTRONS DAS LIGAÇÕES EM UMA MOLÉCULA Ex: 2- Híbrido de ressonância Estruturas canônicas LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS Casos particulares ( não obedecem a regra do octeto)Casos particulares ( não obedecem a regra do octeto) BCl3 SF6 BH3 LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS Estados de agregação da matéria • Estado sólido���� forças de atração e repulsão se equilibram a uma distância fixa; “ordem perfeita” • Estado líquido���� características intermediárias sólido líquido gasoso LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS Estados de agregação da matéria Características básicas dos três estados de agregação • Sólido: – Alto ordenamento molecular; forças elevadas de atração e repulsão, estado condensado; não fluido • Líquido: – Relativa desordem molecular; forças de atração e repulsão com magnitude intermediária; estado condensado; fluido • Gasoso: – Grande desordem molecular; forças débeis de atração e repulsão; repulsão presente quando há colisão; estado não condensado; fluido LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 10. FORÇAS INTERMOLECULARES SOLUBILIZAÇÃO NaCl LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 10. FORÇAS INTERMOLECULARES São forças de ligação entre as moléculas As forças intermoleculares determinam todas as propriedades Físicas de uma substância 1. Forma e volume 2. Viscosidade 3. Tensão superficial 4. Ponto fusão 5. Ponto ebulição 6. Solubilidade As forças que existem entre as moléculas - forças intermoleculares - não são tão fortes como as ligações iônicas ou covalentes, mas são muito importantes; sobretudo quando se deseja explicar as propriedades macroscópicas da substância. E são estas forças as responsáveis pela existência de 3 estados físicos. Sem elas, só existiriam gases. SOLUBILIZAÇÃO NaCl LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 10. FORÇAS INTERMOLECULARES CLASSIFICAÇÃO COMPOSTOS IÔNICOS COMPOSTOS COVALENTES FORMAÇÃO DE ÍONS INTERAÇÕES ÍON-ÍON POLARES APOLARES DIPOLOS PERMANENTES NÃO HÁ DIPOLOS PERMANENTES INTERAÇÕES DIPOLO -DIPOLO INTERAÇÕES DIPOLO INDUZIDO –DIPOLO INSTANTÂNEO 1. HCl 2. CH3COOH 1. Ne 2. CH4 LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 10. FORÇAS INTERMOLECULARES Ligações intermolecularesLigações intermoleculares (ou forças de (ou forças de VanVan der der WaalsWaals ) ) �Forças relativamente fracas existentes entre moléculas �O total de forças intermoleculares agindo entre duas moléculas é a soma de todos os tipos de forças que uma exerce sobre a outra Van Der Walls LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 10. FORÇAS INTERMOLECULARES Forças de Forças de LondonLondon �Forças muito fracas devido a sua natureza efêmera; �Resultam da atração entre dois dipolos instantâneos; �Os dipolos são devido às flutuações da localização dos elétron na molécula; �A medida que uma extremidade negativa de um dipolo instantâneo começa a se formar, ele repele os elétrons da partícula vizinha. Exemplos: CH4 (P.E. –162 oC) CCl4 (P.E. 77 oC) CBr4 (sólido Tamb) � Quanto maior o número de elétrons, maior a força de London LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 10. FORÇAS INTERMOLECULARES Interação dipoloInteração dipolo--dipolodipolo �Moléculas polares possuem cargas parciais permanentes; �Ascargas parciais de uma molécula polar pode interagir coma carga parcial de uma molécula vizinha, gerando interação DIPOLO-DIPOLO; �Interações elétricas entre moléculas polares. •A força de atração é cerca de 1% da força de uma ligação covalente ou iônica. •As forças de atração entre dipolos permanentes são tanto maiores quanto maior a polaridade das moléculas... HCl (P.E. –85 oC) HBr (P.E. –85 oC) HI (P.E. –35 oC) Interação Dipolo- dipolo LIGAÇÕES QUÍMICASLIGAÇÕES QUÍMICAS 10. FORÇAS INTERMOLECULARES Pontes de hidrogênioPontes de hidrogênio •Atração dipolo-dipolo particularmente forte quando o hidrogênio está ligado covalentemente a um elemento muito pequeno (F, O, N) •A extremidade positiva deste dipolo pode se aproximar bastante da extremidade negativa de um dipolo vizinho; •A força de atração resultante é grande (cerca de 5 a 10% da força de uma ligação covalente). DNA Gelo 10. FORÇAS INTERMOLECULARES COMPARAÇÃO DAS FORÇAS INTERMOLECULARES E INTERIÔNICAS �“A força total experimentada por uma espécie é a soma de todas as forças nas quais esta pode participar” ( Princípios de Química – Peter Atkins) � Qualquer que seja a molécula sempre existirá uma força de atração intermolecular � Forças intermoleculares mais fortes resultam em pontos de ebulição mais altos; � Os momentos dipolares ( interações dipolo-dipolo) aumentam com a diferença de eletronegatividade; � A intensidade das forças de London aumenta com o número de elétrons Tipo de Interação Energia Típica, Kj.mol-1 Espécies que interagem Íon-íon 250 Somente íons Íon-dipolo 15 Íons e moleculas polares Dipolo-dipolo 2 0,3 Moléculas polares estacionárias Moléculas polares rotando London 2 Todos os tipos de moléculas Ligação de hidrogênio 20 N,O,F � a ligação é um átomo H compartilhado GENERALIZAÇÕES 10. FORÇAS INTERMOLECULARES TENSÃO SUPERFICIAL 10. FORÇAS INTERMOLECULARES PONTOS DE FUSÃO E EBULIÇÃO �As substâncias que contêm moléculas apolares somente atingem os estados líquido e sólido em temperaturas muito baixas; �As substâncias contendo moléculas polares, os estados líquido e sólido são atingidos em temperaturas maiores Quanto mais forte forem as ligações intermoleculares, maiores serão as temperaturas de ebulição e de fusão Força das ligações intermoleculares pontes de hidrogênio > dipolos permanentes > forças de London 10. FORÇAS INTERMOLECULARES VISCOSIDADE � É a medida de resistência ao fluxo. � Quanto mais forte as atrações intermoleculares, mais viscoso é o líquido; �Líquido tende a tornar-se mais viscoso na medida que aumenta o tamanho das moléculas, ou aumenta a quantidade de forças intermoleculares; �O líquido torna-se menos viscoso a medida que a temperatura aumenta. 10. FORÇAS INTERMOLECULARES POLÍMEROS QUÍMICA NOVA NA ESCOLA - Polímeros e interações intermoleculares, N° 23, MAIO 2006 Os polímeros também interagem entre si ou com outras substâncias? Dos polímeros listados acima qual “absorveria” água e qual não “absorveria”?
Compartilhar