Conceitos básicos de ligação química e ligação ionica

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Conceitos básicos de ligações químicas 
e a ligação iônica 
Prof. Thiago Teixeira Tasso 
1º semestre / 2019 
QUI125 – Química Fundamental 
Turma H 
Por que os átomos se ligam? 
Átomos se ligam pois há diminuição de energia do 
sistema. 
 
Logo, ligação química é definida como um arranjo entre os 
núcleos e elétrons dos átomos envolvidos resultando em 
menor energia que os átomos isolados. 
Ligação iônica 
Ligação covalente 
Ligação metálica 
Gilbert N. Lewis 
Físico e Químico 
1946 – 1975 
Fundamentos básicos da ligação química: 
• Ligação química envolve elétrons de valência. 
• Em alguns casos, elétrons são transferidos de 
um átomo para outro. A atração eletrostática 
entre os íons de carga oposta formados resulta 
em uma ligação iônica. 
• Em outros casos, elétrons são compartilhados entre átomos 
resultando em uma ligação covalente. 
• Elétrons são transferidos ou compartilhados para que os 
átomos adquiram configuração de um gás nobre (estável) com 
oito elétrons na camada de valência – Regra do octeto 
Cuidado, existem exceções à regra do octeto!! 
Símbolos de Lewis: Os elétrons de valência são representados 
por pontos ao redor do símbolo do elemento. 
Ligação iônica Ligação covalente 
Estrutura de Lewis Estrutura de Lewis 
Na: 1s2 2s2 2p6 3s1 
Cl: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 
Na+: 1s2 2s2 2p6 
Cl-: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 
Ligação iônica 
Formada pela atração eletrostática entre um cátion (metal) 
e um ânion (ametal). 
 
Sólidos iônicos formam estruturas cristalinas – arranjos 
com distribuição ordenada dos átomos que se repete ao 
longo do sólido. 
Número de coordenação: número de 
íons de carga oposta que circundam 
um íon. 
Cela unitária: Menor unidade do cristal que contém suas 
caraterísticas e se repete tridimensionalmente no retículo. 
No de coordenação Na+: 6 
No de coordenação Zn2+: 4 
Propriedades dos sólidos iônicos: 
 
• Alto ponto de fusão – Ex. NaCl: 801oC 
 
• Fragilidade 
Mineral calcita (CaCO3) 
• Condutividade elétrica 
Sólido Não conduz eletricidade 
Fundido 
Solução aquosa 
Conduz eletricidade 
Uma introdução à termodinâmica 
Termodinâmica: estudo das transformações da energia de 
uma forma para outra. 
Capacidade de um 
sistema de realizar 
trabalho (w). 
Movimento contra uma força 
oposta. Ex. Levantar um copo. 
O conteúdo energético total de um 
sistema é chamado de energia interna (U) 
U é a somatória da energia cinética e energia potencial das 
partículas que constituem um sistema. 
Energia cinética = movimento das partículas 
Energia potencial = energia armazenada (ligações químicas, interações 
intermoleculares...) 
O fluxo de calor (q) e a realização de trabalho alteram a 
energia interna do sistema, logo: 
U = w + q Primeira lei da 
termodinâmica! 
Na química, é útil definir o fluxo de calor durante uma 
determinada reação. Como muitas reações ocorrem sob 
pressão constante (pressão atmosférica), a grandeza que 
define o fluxo de calor à pressão constante é denominada 
entalpia (H). 
H = U + PV P = pressão V = volume 
Dessa forma, a variação de entalpia de um sistema durante 
uma reação, é expressa por: 
H = U + PV 
À pressão constante, a variação da entalpia de um sistema é 
igual ao fluxo de calor: 
H = q 
Como: 
H = Hprodutos  Hreagentes 
Quando a reação libera energia para a vizinhança: 
H < 0 Reação exotérmica 
Quando a reação absorve energia da vizinhança: 
H > 0 Reação endotérmica 
Energética da formação das ligações iônicas : 
Reação muito 
exotérmica! 
NaCl 
Energia Ionização (EI) do Na: 496 kJ/mol 
 
Afinidade eletrônica (AE) do Cl: 349 kJ/mol 
H = + 147 kJ/mol 
Reação endotérmica??? 
Não considera interação entre íons em um retículo! 
Equação de Born-Landé fornece a entalpia reticular (Hret): 
∆𝐻𝑟𝑒𝑡= −𝐴 
𝑧+𝑧− 𝑁𝐴𝑒
2
4𝜋𝜖0𝑑
 1 −
1
𝑛
 
A = constante de Mandelung (valor depende do arranjo dos íons) 
 
z+ e z
- = cargas do cátion e do ânion 
 
NA = número de avogadro 
 
e = carga do elétron 
 
0 = permissividade no vácuo 
 
d = raio do cátion + raio do ânion 
 
 
n = Expoente de Born para 
compressibilidade de um 
sólido. 
Exercício: 
 
As substâncias KF, CaO e ScN são compostos iônicos com o 
mesmo tipo de arranjo cristalino. Organize essas 
substâncias em ordem crescente de energia reticular. 
(Obs: quanto mais negativo, maior é a energia de rede. O sinal 
negativo só indica que a reação é exotérmica) 
∆𝐻𝑟𝑒𝑡 ∝ − 
𝑧+𝑧−
𝑑
 
Tabela: Energias reticulares para alguns compostos iônicos. 
Na+(g) + Cl

(g) NaCl(s) Hret =  788 kJ/mol 
Na(s) + 
1
2
Cl2(g) NaCl(s) 
Hf =  ??? kJ/mol 
Reação de formação do NaCl: 
En
er
gi
a 
Na(s) + ½ Cl2(g) 
Hsubl 
Na(g) + ½ Cl2(g) 
½ Hdiss 
Na(g) + Cl(g) 
Na+(g) + Cl(g) + e
-
 
1a EI (Na) 
Na+(g) + Cl
-
(g) 
1a AE(Cl) 
NaCl(s) 
Hret 
Hf 
Ciclo de Born-Haber 
∆𝐻𝑓 = ∆𝐻𝑠𝑢𝑏𝑙 + 
1
2
∆𝐻𝑑𝑖𝑠𝑠 + 𝐸𝐼𝑁𝑎 + 𝐴𝐸𝐶𝑙 + ∆𝐻𝑟𝑒𝑡 
∆𝐻𝑓 = 108 + 122 + 496 + (349) + (788) =  411kJ/mol 
Calcule a entalpia de formação do NaCl2 e compare 
o valor com o do NaCl. Por que não encontramos 
NaCl2 na natureza? 
Exercício: 
Para pensar... 
Considere a dissolução do NaCl em água: 
Energia é necessária para quebrar 
o retículo cristalino. 
Energia é liberada 
quando os íons são 
hidratados. 
Considerando que a entalpia reticular do NaCl é 788 kJ/mol e entalpia 
de hidratação é 774 kJ/mol, a dissolução do NaCl em água é um 
processo endotémico ou exotérmico? 
NH4NO3(s) NH4
+
(aq)
 + NO3

(aq)
 
Hr > 0 
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmedhealth/PMH0072592/ 
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK11148/ 
Stephen D. Roper, Pflugers Arch. 2015, 467, 457-463. 
A percepção dos sabores 
As células sensoriais detectam as 
substâncias responsáveis pelos sabores 
através de canais de íons (Na+ e H
+, por 
exemplo) e receptores que mudam a 
conformação de proteínas. 
Sabor Substância ativadora 
Doce açucares (glicose, frutose...) 
Azedo íons H+ 
Salgado sais de Na+, K+ e Mg2+ 
Amargo 35 ≠ proteínas 
Umami ácido glutâmico/aspártico 
O sal light 
Descrição dos sabores do KCl: 
 
Salgado (53%), amargo (18%), químico (17%), metálico (15%), plástico (10.4%), 
adstringente (8%), and secante (8%). 
Sinopoli, D. A., Lawless, H. T., J. Food Sci 2012, 77, S319-S322. 
O sal rosa do Himalaia