Aula 4 Ligações químicas

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Profa. Adélia 
Aula 5: Propriedades e Ligação Química 
Relacionar o tipo de ligação química com as 
propriedades dos materiais 
Um entendimento de muitas propriedades físicas dos 
materiais é previsto através do conhecimento das 
forças interatômicas que ligam os átomos entre si. 
As l igações ent re á tomos será i lus t rada 
considerando a interação entre dois átomos isolados 
`a medida que eles são colocados em estreita 
proximidade um do outro a partir de uma distância 
infinita de separação entre os mesmos. 
Forças de Ligação e 
Energias 
Profa. Adélia 
Em grandes distâncias as 
interações são desprezíveis, 
mas `a medida que os 
á tomos se aprox imam 
mutuamente, cada átomo 
exerce força sobre o outro. 
FN = FA + FB 
Energia de Ligação (Eo) é a 
energia mínima potencial 
necessária para separar 
dois átomos 
Tipos de Ligação e Materiais 
Profa. Adélia 
•  O tipo de ligação (metálica, iônica e covalente) influencia 
na classificação e propriedades dos materiais (metais, 
cerâmicos e polímeros). 
•  As propriedades macroscópicas dos materiais 
dependem essencialmente do tipo de ligação entre os 
átomos. 
•  O tipo de ligação depende fundamentalmente dos 
elétrons da camada de valência. 
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Ligação Iônica
• Exemplo clássico: NaCl.
ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio
Ligações Iônicas 
Ocorre entre elementos metálicos que tendem a perder 
elétrons (cátions) e não-metálicos que tendem a ganhar 
elétrons (ânions). 
Ligações Iônicas 
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- �+97�%��!
•  No processo todos os 
á t o m o s a d q u i r e m 
configurações estáveis 
ou de um gás inerte. 
•  São l igações não-
direcionais. 
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Ligação Iônica 
•  As forças de ligação são de Coulomb, isto é, forças atrativas 
de cargas opostas. 
EA = -A 
 r 
•  A energia de atração e de repulsão são funções da distância 
interatômica, que dependem das constantes A, B e n (n≈8) 
ER = B 
 rn 
•  A ligação predominantemente nos materiais cerâmicos é a 
iônica. 
A energia de ligação são relativamente elevadas, na faixa de 
600 a 1500 kJ/mol. 
Propriedades de Compostos Iônicos 
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•  Apresentam 
elevados 
pontos de fusão 
e ebulição; 
•  São duros e 
frágeis 
•  São isolantes 
eletricamente e 
termicamente 
•  São eletrólitos 
em meio de alta 
constante 
dielétrica 
Características de Materiais Iônicos 
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•  Possuem pontos de fusão e ebulição elevados; 
•  São sólidos devido à disposição do seu arranjo cristalino. 
•  São compostos duros, ou seja, que impõem resistência, 
mas podem ser maleáveis e dúcteis. 
•  Conduzem eletricidade quando dissolvidos em água. Existe 
a presença de íons, ou seja, cargas negativas e positivas 
que permitem a passagem de corrente elétrica. 
Ligação Covalente 
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•  Configuração estável 
devido ao 
compartilhamento de 
elétrons entre átomos; 
•  Cada átomo contribue 
com pelo menos um 
elétron para formar 
uma ligação; 
•  Os elétrons 
pertencem a ambos 
os átomos 
Molécula do Metano 
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Características das Ligações Covalente 
•  A ligação covalente é direcional, isto é, entre dois átomos só 
pode existir apenas uma direção no compartilhamento 
eletrônico. 
•  Nos materiais existe uma tendência a reduzir a expansão 
térmica e a densidade em relação aos materiais iônicos com 
massa atômica semelhante. 
Propriedades dos Compostos Covalentes 
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•  Podem ser polares (os átomos apresentam 
diferença de eletronegatividade) ou apolares (sem 
diferença de eletronegatividade); 
•  Apresentam pontos de fusão e ebulição 
infereiores aos compostos iônicos; 
•  Não conduzem corrente elétrica; 
•  Apresentam solubilidade variada 
•  Apresentam baixa tenacidade, sendo sólidos 
quebradiços. 
Compostos formados por 
ligações covalentes 
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•  Muitas moléculas elementares 
não-metálicas 
•  (H2, Cl2, O2, N2) 
•  Muitas moléculas contendo 
diferentes átomos 
•  (H2O, NH3, CH4, HCN, CH2O) 
•  Encontrado em sólidos 
elementares C (diamante, 
grafite), sílicio, germânio 
•  Compostos não-metálicos 
como GaAs, InSb, SiC 
�  Formada por íons positivos 
e elétrons livres de valência 
que formam uma “nuvem 
eletrônica” que circula 
livremente entre os íons 
positivos; 
�  Encontrada em metais e 
suas ligas 
�  Materiais metálicos têm 1, 2 
ou 3 elétrons de valência, 
que se encontram livres 
para se movimentarem ao 
longo do metal 
Ligação Metálica 
Propriedades associadas as ligações 
metálicas 
�  Alta condutividade elétrica e térmica: os elétrons podem 
se mover na presença de uma f.e.m. ou de um gradiente 
de temperatura. 
�  Permitem grande deformação plástica pois as ligações 
são móveis ou seja não são rígidas como as iônicas e as 
covalentes 
�  Possuem o brilho metálico, como os elétrons são muito 
móveis trocam de nível energético com facilidade 
emitindo fótons 
�  São sempre opacos: pela mesma razão acima mas 
nesse caso absorvendo a luz incidente 
Ligações Secundárias 
•  É possível obter ligação sem troca ou compartilhamento de 
elétrons nas ligações secundárias ou de van der Waals 
•  A ligação é gerada por pequenas assimetrias na distribuição 
de cargas dos átomos que criam dipolos 
•  Um dipolo é um par de cargas opostas que mantém uma 
distância entre si; 
•  Dipolo permanente 
•  Dipolo induzido 
•  São ligações fracas. As energias de ligação são da ordem 
de 10kJ/mol 
Representação esquemática de uma 
molécula polar 
�  Dipolos elétricos ocorrem 
quando os centros das 
cargas positivas não 
coincidem com o centro 
das cargas negativas em 
uma molécula 
Permanente Induzido 
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Tipos de Dipolos 
60 
S.
 P
ac
io
rn
ik
 –
 D
C
M
M
 P
U
C
-R
io
 
Dipolos Permanentes e Induzidos 
• Dipolo Permanente 
 Gerado pela estrutura da 
molécula. 
 Energias de ligação 
 20kJ/mol 
Ex: Pontes de Hidrogênio em 
H2O 
• Dipolo Induzido 
 A separação de cargas é pequena 
 Energias de ligação são muito 
pequenas ( 1kJ/mol) 
O 
H H 
Átomos isolados 
de Ar 
(os centros das cargas 
positivas e negativas 
coincidem) 
+ + 
Átomos deformados 
pela presença do outro 
+ - + - 
Magnitude do dipolo 
Os átomos se ligam pela atração entre os dipolos induzidos 
60 
S.
 P
ac
io
rn
ik
 –
 D
C
M
M
 P
U
C
-R
io
 
Dipolos Permanentes e Induzidos 
• Dipolo Permanente 
 Gerado pela estrutura da 
molécula. 
 Energias de ligação 
 20kJ/mol 
Ex: Pontes de Hidrogênio em 
H2O 
• Dipolo Induzido 
 A separação de cargas é pequena 
 Energias de ligação são muito 
pequenas ( 1kJ/mol) 
O 
H H 
Átomos isolados 
de Ar 
(os centros das cargas 
positivas e negativas 
coincidem) 
+ + 
Átomos deformados 
pela presença do outro 
+ - + - 
Magnitude do dipolo 
Os átomos se ligam pela atração entre os dipolos induzidos 
Atração por pontes de hidrogênio entre 
moléculas de água 
Expansão da água no estado sólido 
Ligações químicas em relação aos tipos de materiais 
Influência da energia da ligação em algumas 
propriedades dos materiais 
�  Quanto maior a energia envolvida na ligação 
química há uma tendência de: 
�  Maior ser o ponto de fusão do composto 
�  Maior a resistência mecânica 
�  Maior a dureza 
�  Maior o módulo de elasticidade 
�  Maior a estabilidade química 
�  Menor a dilatação térmica 
Energia de Ligação e Pontos de Fusão 
para materiais iônicos