Ligações Química- aostila

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Ligações Química
As ligações químicas são as interações que ocorrem entre átomos para se tornarem uma molécula ou substância básica de um composto. Existem três tipos de ligações: covalentes, metálicas e iônicas. Os átomos buscam, ao realizar uma ligação química, estabilizar-se eletronicamente. Esse processo é explicado pela teoria do octeto, que dita que cada átomo, para alcançar estabilidade, precisa ter em sua camada de valência oito elétrons.
A busca por estabilidade eletrônica, que justifica a realização de ligações químicas entre os átomos, é explicada pela teoria do octeto. Proposta por Newton Lewis, essa teoria afirma que a interação atômica acontece para que cada elemento adquira a estabilidade de um gás nobre, ou seja, oito elétrons na camada de valência.
Para isso, o elemento doa, recebe ou compartilha elétrons da sua camada mais externa, realizando, portanto, ligações químicas de caráter iônico, covalente ou metálico. Os gases nobres são os únicos átomos que já possuem oito elétrons na sua camada mais externa e é por isso que pouco reagem com outros elementos.
Em outras palavras, as ligações químicas acontecem quando os átomos dos elementos químicos se combinam uns com os outros e os principais tipos são:
· Ligações iônicas: transferência de elétrons;
· Ligações covalentes: compartilhamento de elétrons;
· Ligações metálicas: existência de elétrons livres.
Ligação Iônica
Também chamada de ligação eletrovalente, esse tipo de ligação é realizada entre íons (cátions e ânions), daí o termo "ligação iônica".
Para ocorrer uma ligação iônica os átomos envolvidos apresentam tendências opostas: um átomo deve ter a capacidade de perder elétrons enquanto o outro tende a recebê-los.
Portanto, um ânion, de carga negativa, se une com um cátion, de carga positiva, formando um composto iônico por meio da interação eletrostática existente entre eles.
Exemplo: Na+Cl- = NaCl (cloreto de sódio ou sal de cozinha). Nesse composto, o sódio (Na) doa um elétron para o cloro (Cl) e se torna um cátion (carga positiva), enquanto o cloro torna-se um ânion (carga negativa).
Ligação Covalente
Também chamada de ligação molecular, as ligações covalentes são ligações em que ocorre o compartilhamento de elétrons para a formação de moléculas estáveis, segundo a Teoria do Octeto; diferentemente das ligações iônicas em que há perda ou ganho de elétrons.
Além disso, pares eletrônicos é o nome dado aos elétrons cedidos por cada um dos núcleos, figurando o compartilhamento dos elétrons das ligações covalentes.
Exemplo: H2O: H - O - H (molécula de água) formada por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. Cada traço corresponde a um par de elétrons compartilhado formando um molécula neutra, uma vez que não há perda nem ganho de elétrons nesse tipo de ligação.
 
Ligação Metálica
É a ligação que ocorre entre os metais, elementos considerados eletropositivos e bons condutores térmico e elétrico. Para tanto, alguns metais perdem elétrons da sua última camada chamados de "elétrons livres" formando assim, os cátions.
A partir disso, os elétrons liberados na ligação metálica formam uma "nuvem eletrônica", também chamada de "mar de elétrons" que produz uma força fazendo com que os átomos do metal permaneçam unidos.
Exemplos de metais: Ouro (Au), Cobre (Cu), Prata (Ag), Ferro (Fe), Níquel (Ni), Alumínio (Al), Chumbo (Pb), Zinco (Zn), entre outros.
 
Regra do Octeto
A Teoria do Octeto, surgiu a partir da observação dos gases nobres e algumas características como por exemplo, a estabilidade dos elementos que apresentam 8 elétrons na Camada de Valência.
Portanto, a Teoria ou Regra do Octeto explica a ocorrência das ligações químicas da seguinte forma:
“Muitos átomos apresentam estabilidade eletrônica quando possuem 8 elétrons na camada de valência (camada eletrônica mais externa).”
Para tanto, o átomo procura sua estabilidade doando ou compartilhando elétrons com outros átomos, donde surgem as ligações químicas.
Vale lembrar que existem muitas exceções à Regra do Octeto, principalmente entre os elementos de transição.
 Exercícios 
1. Segundo a Regra do Octeto, para adquirir a estabilidade apresentada por um gás nobre, o átomo de um elemento químico cujo número atômico é 17 deve:
a) ganhar 2 elétrons
b) perder 2 elétrons
c) ganhar 1 elétron
d) perder 1 elétron
2. Entre as substâncias (I) etanol, (II) dióxido de carbono, (III) cloreto de sódio e (IV) gás hélio quais apresentam apenas ligações químicas interatômicas do tipo covalente?
a) I e II
b) II e III
c) I e IV
d) II e IV
3. Uma das principais características dos metais é a alta capacidade de conduzir calor e eletricidade, que pode ser explicada pela:
a) existência de mais elétrons que prótons
b) existência de elétrons livres
c) existência de mais de um tipo de ligação química
d) existência de diferentes prótons livres
4. Para que átomos de enxofre e potássio adquiram configuração eletrônica igual à de um gás nobre, é necessário que: (Dados: número atômico S = 16; K = 19).
a) o enxofre receba 2 elétrons e que o potássio receba 7 elétrons.
b) o enxofre ceda 6 elétrons e que o potássio receba 7 elétrons.
c) o enxofre ceda 2 elétrons e que o potássio ceda 1 elétron.
d) o enxofre receba 6 elétrons e que o potássio ceda 1 elétron.
e) o enxofre receba 2 elétrons e que o potássio ceda 1 elétron.
5. (UFF) O leite materno é um alimento rico em substâncias orgânicas, tais como proteínas, gorduras e açúcares, e substâncias minerais como, por exemplo, o fosfato de cálcio. Esses compostos orgânicos têm como característica principal as ligações covalentes na formação de suas moléculas, enquanto o mineral apresenta também ligação iônica. Assinale a alternativa que apresenta corretamente os conceitos de ligações covalente e iônica, respectivamente:
a) A ligação covalente só ocorre nos compostos orgânicos.
b) A ligação covalente se faz por transferência de elétrons, e a ligação iônica, pelo compartilhamento de elétrons com spins opostos.
c) A ligação covalente se faz por atração de cargas entre átomos, e a ligação iônica, por separação de cargas.
d) A ligação covalente se faz por união de átomos em moléculas, e a ligação iônica, por união de átomos em complexos químicos.
e) A ligação covalente se faz pelo compartilhamento de elétrons, e a ligação iônica, por transferência de elétrons.
 Resoluções
1. Resposta correta: c) ganhar 1 elétron. 
O número atômico de um elemento corresponde ao seu número de prótons. Em um átomo no estado fundamental, o número de prótons é igual ao número de elétrons.Sabendo que o átomo do elemento químico cloro possui 17 elétrons, podemos fazer sua distribuição eletrônica e descobrir quantos elétrons são necessários para que na camada de valência haja 8 elétrons, conforme a Regra do Octeto. Sendo assim, como na última camada existem 7 elétrons, para adquirir estabilidade o átomo de cloro ganha 1 elétron através de uma ligação iônica.
2. Resposta correta: a) I e II.
O etanol (C2H6O) e o dióxido de carbono (CO2) possuem ligações covalentes entre seus átomos. Já o cloreto de sódio (NaCl) é formado por ligação iônica e o gás hélio (He) é encontrado livre na natureza.
3. Resposta correta: b) existência de elétrons livres.
A existência de elétrons livres, que configuram uma ligação metálica, permite que o calor, através da agitação, e a eletricidade, através do movimento ordenado, difundam-se rapidamente.
4. Resposta correta: e) o enxofre receba 2 elétrons e que o potássio ceda 1 elétron.
Visto que o enxofre se encontra na família 6A ou 16, obedecendo à regra do octeto, ele precisa adquirir 2 elétrons para ter assim 8 na sua camada de valência. Já o potássio, que pertence à primeira família da tabela periódica (1A ou família do hidrogênio), para ter em sua camada de valência a configuração de um gás nobre, precisa perder 1 elétron. Combinando 2 átomos de potássio com 1 átomo de enxofre, podemos estabelecer uma ligação iônica em que ambos os elementos encontram-se eletricamenteestáveis.
5. Resposta correta: e) a ligação covalente se faz pelo compartilhamento de elétrons, e a ligação iônica, por transferência de elétrons.
 Vamos analisar as demais:
· Alternativa a: incorreta, pois as ligações covalentes ocorrem também em compostos inorgânicos, como CO2.
· Alternativa b: incorreta, pois as ligações covalentes ocorrem por compartilhamento, e as ligações iônicas, por transferência de elétrons.
· Alternativa c: tanto a ligação covalente quanto a ligação iônica ocorrem por meio da necessidade de perda ou ganho de elétrons, não por atração eletrostática entre os núcleos.
· Alternativa d: ambas as ligações, tanto covalente como iônica, ocorrem pela união de átomos em molécula.
 Compostos Orgânicos
A expressão compostos orgânicos surgiu há mais de 200 anos, inicialmente com o objetivo de identificar os compostos que eram produzidos por organismos vivos. Entretanto, hoje se sabe que os compostos orgânicos podem ser também sintetizados em laboratório e essa definição não é mais utilizada. Um exemplo clássico que mostrou que os compostos orgânicos poderiam ser sintetizados em laboratório foi à síntese da ureia a partir do cianeto de amônio, realizada em 1828 pelo químico Friedrich Wöhler.
Com base nessas descobertas, no ano de 1770, o químico sueco Torbern Bergman definiu que os compostos orgânicos eram aqueles que poderia ser obtidos a partir de organismos vivos, enquanto os compostos inorgânicos eram as substâncias originadas da matéria não viva. Nesse mesmo período, o químico Antonie Laurent Lavoisier conseguiu estudar muitos desses compostos orgânicos e verificou que todos continham o elemento carbono.
Já no início do século XIX, Jöns Jakob Berzelius propôs que somente os seres vivos eram capazes de produzir os compostos orgânicos, ou seja, que tais substâncias jamais poderiam ser obtidas artificialmente (sintetizadas). Essa ideia ficou conhecida, então, como a teoria da força vital.
Porém, no ano de 1828, ou químico Friedrich Wöhler conseguiu obter a ureia, um composto orgânico presente na urina dos animais, a partir do cianeto de amônio, uma substância mineral, através da seguinte reação: 
 
Depois da síntese de Wöhler, vários outros compostos orgânicos foram sintetizados e, então, os cientistas passaram a crer que qualquer substância química poderia ser obtida de forma artificial. Assim, a teoria da força vital caiu por terra definitivamente, e os compostos orgânicos passaram a ser definidos como os compostos do elemento carbono.
No entanto, sabemos que existem alguns compostos inorgânicos que também apresentam carbono em sua composição, como, por exemplo, o diamante, o grafite, os carbonatos e o monóxido de carbono. Baseando-se nisso, chegamos à atual definição de composto orgânico:
Compostos orgânicos são os compostos do elemento carbono com propriedades características.
Além do carbono, os principais elementos que compõem a grande maioria das substâncias orgânicas são: hidrogênio (H), oxigênio (O), nitrogênio (N), enxofre (S) e halogênios (Cl, Br e I). O conjunto dos átomos de carbono com esses elementos dá origem a estruturas bastante estáveis, que recebem o nome de cadeias carbônicas. Essas cadeias formam o “esqueleto” das moléculas de todos os compostos orgânicos.
Características gerais dos compostos orgânicos
Pontos de fusão e de ebulição – nos compostos orgânicos, os pontos de fusão e de ebulição, em geral, são mais baixos do que nas substâncias inorgânicas. Isso ocorre porque as ligações entre as moléculas dos compostos orgânicos são mais fracas, o que faz com que elas se rompam com mais facilidade.
Polaridade – as substâncias orgânicas são unidas predominantemente por ligações covalentes, que ocorrem com mais frequência entre os átomos de carbono ou entre átomos de carbono e hidrogênio da cadeia. Quando as moléculas desses compostos são formadas apenas por carbono ou por carbono e hidrogênio, eles são apolares, porém, quando existem outros elementos químicos além de carbono e hidrogênio, as moléculas tendem a apresentar alguma polaridade.
Solubilidade – devido à diferença de polaridade, as substâncias orgânicas apolares são praticamente insolúveis em água (polar), mas solúveis em outros solventes orgânicos. Já os compostos orgânicos polares tendem a se dissolver em água, como corre com o álcool, o açúcar, a acetona, entre outros.
Combustibilidade – grande parte dos compostos orgânicos podem sofrer combustão (queima), como é o caso da gasolina e outros combustíveis usados em automóveis, do butano presente no gás de cozinha, da parafina da vela, etc.
 Exercícios
1. Observe os compostos orgânicos abaixo e identifique as funções orgânicas, de acordo com os grupos funcionais destacados. Após isso, dê o nome das substâncias.
2. Na Química orgânica, os compostos são reconhecidos pelas cadeias formadas por carbono e hidrogênio. Entretanto, outros elementos podem fazer parte da estrutura química desses compostos, como o oxigênio.Selecione a alternativa em que os dois compostos orgânicos apresentam funções orgânicas oxigenadas.
a) clorofórmio e metanoato de etila
b) propanol e ácido propanoico
c) eteno e etanodiol
d) etanamida e benzeno
3. Observe a estrutura do composto orgânico abaixo e assinale as afirmativas verdadeiras
 
(01) O composto apresenta uma função orgânica nitrogenada.
(02) Trata-se de uma amina primária, pois está ligada a apenas um hidrogênio.
(03) O nome do composto é dietilamina.
4. O eugenol, membro da família dos fenilpropanóides, é um composto orgânico aromático presente no cravo, uma especiaria utilizada desde a antiguidade.
 
Observe a fórmula estrutural do composto e identifique as funções orgânicas presentes.
a) Álcool e éter
b) Fenol e éter
c) Álcool e éster
d) Fenol e éster
e) Álcool e hidrocarboneto
5. EDTA, cujo nome completo é ácido etilenodiaminotetraacético, é um composto orgânico com diversas aplicações. Sua capacidade de ligar-se a íons metálicos o faz um agente quelante muito utilizado tanto em laboratório quanto industrialmente.
 
Sobre o EDTA é correto afirmar que a cadeia carbônica é:
a) Aberta, homogênea e insaturada.
b) Fechada, heterogênea e saturada.
c) Aberta, heterogênea e insaturada.
d) Fechada, homogênea e saturada.
e) Aberta, heterogênea e saturada.
 Resoluções
1. Composto orgânico: etanol
· Função orgânica: álcool
· Fórmula geral: R—OH
· Identificação: hidroxila (OH) ligada à cadeia carbônica
b) Composto orgânico: ácido etanoico.
· Função orgânica: ácido carboxílico
· Fórmula geral: R—COOH
· Identificação: radical carboxílico (COOH) ligado à cadeia carbônica
c) Composto orgânico: trimetilamina
· Função orgânica: amina (terciária)
· Fórmula geral: 
· Identificação: nitrogênio ligado à três cadeias carbônicas
2. Resposta correta: b) propanol e ácido propanoico
a) ERRADA. Temos o clorofórmio (CHCl3), que é um haleto de alquila, e o éster metanoato de etila (C3H6O2), que contém oxigênio em sua estrutura.
b) CORRETA. Nesta alternativa temos dois compostos que apresentam funções orgânicas oxigenadas. O propanol (C3H8O) é um álcool formado por três carbonos. Já o ácido propanoico (C3H6O2) é um ácido carboxílico.
c) ERRADA. O eteno (C2H4), também chamado de etileno, é um hidrocarboneto do tipo alceno. Já o etanodiol (C2H6O2) é um álcool com duas hidroxilas em sua estrutura.
d) ERRADA. A etanamida (C2H5NO) é uma amida e o benzeno é um hidrocarboneto aromático e, por isso, é formado apenas por carbono e hidrogênio.
3. (01) CORRETA. A função orgânica nitrogenada presente no composto é amina.
(02) ERRADA. Trata-se de uma amina secundária, pois o nitrogênio está ligado à duas cadeias carbônicas.
(03) ERRADA. O nome do composto é dimetilamina, pois existem dois radicais metil ligados ao nitrogênio.
4. Alternativa correta: b) Fenol e éter.
O eugenol apresenta em sua cadeia funções orgânicas oxigenadas, ou seja, além dos átomos de carbono e hidrogênio,o oxigênio é um heteroátomo presente.A função orgânica fenol é caracterizada pela hidroxila (-OH) ligada a um anel aromático. Já na função éter, o oxigênio está localizado entre duas cadeias carbônicas.
5. Resposta correta: e) Aberta, heterogênea e saturada.
A cadeia do EDTA é classificada em:
ABERTA. De acordo com a disposição dos átomos de carbono na estrutura do EDTA, percebemos que pela presença de extremidades a cadeia do composto é aberta.
HETEROGÊNEA. A cadeia carbônica apresenta além dos compostos de carbono e hidrogênio os heteroátomos nitrogênio e oxigênio.
SATURADA. As ligações entre os átomos de carbono são saturadas, pois a cadeia apresenta apenas ligações simples.