Quimica_geral_aula9_07.11.2012

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07/11/2012
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Universidade Federal de Minas Gerais
Instituto de Ciências Exatas
Departamento de Química
Ligação Química
Profa. Dayse Carvalho da Silva Martins
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Propriedades
Constituição Transformações
Materiais
e
Substâncias
Quais são as forças que agem sobre os átomos? � LIGAÇÕES QUÍMICAS
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Ligação Química
Iônica Metálica Covalente
Antes de estudar as ligações…
• Estruturas de Lewis dos átomos
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Gilbert N. Lewis (1875-1946)
O mesmo dos ácidos e bases de Lewis
Método para representar os elétrons nos átomos
Separa dois tipos de elétrons
- da camada de valência
- internos
Átomo é representado por seu elemento rodeado 
por pontinhos (algumas vezes x) em número igual 
ao número de elétrons de valência.
É importante saber a configuração eletrônica 
do átomo.
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Antes de estudar as ligações…
• Regra do octeto
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� Gilbert N. Lewis formulou um modelo atômico cúbico e a “regra dos oito”.
� Irving Langmuir (1919) refinou os conceitos e o renomeou como “octeto cúbico
do átomo” e “teoria do octeto”.
� A “teoria do octeto” evoluiu para “regra do octeto”.
Há muitas exceções à regra do octeto, mas ela fornece uma estrutura útil para 
introduzir conceitos importantes de ligação.
“Os átomos tendem a ganhar, perder ou compartilhar elétrons até 
que eles estejam circundados por oito elétrons de valência”
Usando símbolos de Lewis: 4 pares de elétrons
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Ligação iônica
Forças eletrostáticas atraem íons de cargas opostas.
M (metal) + X (não-metal)
M(g) � M+(g) + e- EI
X(g) + e- � X-(g) AE (EA)
M+(g) + X-(g) � [M+X-](g)
Forças de atração eletrostáticas entre 
os íons do par � ligação iônica
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Ligação iônica
Pares iônicos não são incomuns � encontrados em estado 
gasosos, em altas 
temperaturas e em soluções 
concentradas que contêm 
íons
[M+X-](g)
Mais comum � Sólidos iônicos (não possuem pares iônicos)
Compostos iônicos � arranjos regulares de um grande número 
de cátions e ânions unidos por ligação iônica
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Ligação iônica
Estruturas 
cristalinas 
iônicas mais 
comuns
NC (+) = 6
NC (-) = 6
NC (+) = 8
NC (-) = 4
NC (+) = 8
NC (-) = 8
NC (+) = 6
NC (-) = 3
NC (+) = 4
NC (-) = 4
NC (+) = 4
NC (-) = 4
Número de 
coordenação (NC) = 
número total de vizinhos
mais próximos de um 
cátion (ou um ânion)
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Ligação iônica
Qual é a força motriz para a formação de cloreto de sódio?
Reação ocorre quando os produtos são mais estáveis do que os 
reagentes 
Processo energeticamente favorável ���� Liberação de energia (∆H<0)
OBS: só o valor de ∆H não deve ser usado para
predizer espontaneidade, mas normalmente ∆H
muito negativos indicam processos espontâneos.
Será que a formação do NaCl indica ∆H<0?????
Ligação iônica
Etapa Processo ΔH (kJ/mol)
1 Na(g) � Na+(g) + e- + 495 Energia de 
ionização
2 Cl(g) + e- � Cl-(g) -348 Afinidade
eletrônica
A energia de ionização do Na é muito alta e a energia liberada na etapa 2 
não é suficiente para fornecer a energia necessária para a etapa 1
∆Htotal = ∆H1 + ∆H2 = + 495 + (-348) = + 147 kJ/mol
∆H > 0 
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Ligação iônica
∆H > 0
Energeticamente desfavorável
Como se forma o sal NaCl??????
http://www.youtube.com/watch?v=2mzDwgyk6QM 
Compostos iônicos � arranjos regulares de um grande número 
de cátions e ânions unidos por ligação iônica
Formação de uma rede
Ligação iônica
Etapa Processo ΔH (kJ/mol)
1 Na(g) � Na+(g) + e- + 495 Energia de 
ionização
2 Cl(g) + e- � Cl-(g) - 348 Afinidade
eletrônica
3 Formação da rede - 449 Energia reticular
(energia de rede)
∆Htotal = ∆H1 + ∆H2 + ∆H3 = + 495 + (-348) + (-449) = - 302 kJ/mol
∆H < 0 
OBS: ∆Hrede é sempre negativo,
mas não é tabelado.
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Ligação iônica
Como determinar a Energia de 
rede (ΔHrede)?
Teórico
(equação
matemática)
Experimental 
(ciclo de Born-
Haber)
Ligação iônica
ΔHrede teórico (equação matemática)
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Para um par de íons, a energia é dada pela equação:
Z+ Z- e2
4piε
o
r
E =
e = carga do elétron (1,60.10 -19 C)
εo = constante dielétrica do vácuo (8,85.10 
-12 C2 J-1 m-1 )
r = separação entre os íons
Para um mol de um composto iônico, a energia de rede é 
dada pela equação:
N A Z+ Z- e2
4piε
o
r
E
r
= (1-1/n)
A = constante de Madelung
N = constante de Avogadro
n = expoente de Born
Eq. de Born-Landé
Constante de Madelung (A)
depende da geometria de arranjo dos íons
Estrutura Constante de Madelung (A)
Cloreto de Césio (CsCl) 1,76267
Cloreto de Sódio (NaCl) 1,74756
Blenda (ZnS) 1,63806
Wurtzita (ZnS) 1,64132
Fluorita (CaF2) 2,51939
Rutilo (TiO2) 2,408(*)
Córindon (Al2O3) 2,1719(*)
* Valores exatos dependem de detalhes da estrutura
Expoentes de Born (n)
obtidos a partir de dados de compressibilidade de cristais
Configuração do íon n
He 5
Ne 7
Ar, Cu+ 9
Kr, Ag+ 10
Xe, Au+ 12
Na+ = [Ne] � n = 7
Cl- = [Ar] � n = 9
n NaCl = média = (7+9)/2 = 8
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Raios Iônicos
Íon Número de Coordenação Raio iônico (pm)
Ca2+ 6 114
Na+ 6 116
Mg2+ 4 71
Cs+ 6 181
Zn2+ 4 74
Al3+ 4 53
Ti2+ 6 100
S2- 6 170
I- 6 206
Br- 6 182
Cl- 6 167
F- 6 119
O2- 6 126
O2- 4 124
Alguns valores de raios iônicos
Vamos treinar um pouco????
Exemplo 1 – Calcular ∆Hrede do ZnO(s) que se cristaliza segundo o rutilo.
N A Z+ Z- e2
4piε
o
r
E
r
= (1-1/n)
A = constante de Madelung
N = constante de Avogadro
n = expoente de Born
Estrutura Constante de Madelung (A)
Cloreto de Césio (CsCl) 1,76267
Cloreto de Sódio (NaCl) 1,74756
Blenda (ZnS) 1,63806
Wurtzita (ZnS) 1,64132
Fluorita (CaF2) 2,51939
Rutilo (TiO2) 2,408
Córindon (Al2O3) 2,1719
NC (+) = 6
NC (-) = 3
Íon Número de Coordenação
Raio iônico
(pm)
Zn2+ 6 88
O2- 3 122
Configuração do íon n
He 5
Ne 7
Ar, Cu+ 9
Kr, Ag+ 10
Xe, Au+ 12
e = 1,60.10 -19 C
εo = 8,85.10 
-12 C2 J-1 m-1
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Vamos treinar um pouco em casa ????
Exercício 1 – Calcular ∆Hrede do MgF2(s) que se cristaliza segundo a fluorita.
N A Z+ Z- e2
4piε
o
r
E
r
= (1-1/n)
A = constante de Madelung
N = constante de Avogadro
n = expoente de Born
Estrutura Constante de Madelung (A)
Cloreto de Césio (CsCl) 1,76267
Cloreto de Sódio (NaCl) 1,74756
Blenda (ZnS) 1,63806
Wurtzita (ZnS) 1,64132
Fluorita (CaF2) 2,51939
Rutilo (TiO2) 2,408
Córindon (Al2O3) 2,1719
Íon Número de Coordenação
Raio iônico
(pm)
Mg2+ 8 103
F- 4 117
Configuração do íon n
He 5
Ne 7
Ar, Cu+ 9
Kr, Ag+ 10
Xe, Au+ 12
NC (+) = 8
NC (-) = 4
e = 1,60.10 -19 C
εo = 8,85.10 
-12 C2 J-1 m-1
Ligação iônica
ΔHrede Experimental (ciclo de Born-Haber)
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Ligação iônica
Formação de MgO(s) – reação de síntese
A partir das substâncias elementares – Mg(s) e O2(g)
Mg2+ (g) + O2- (g) MgO(s)
Mg+ (g) + O- (g)
Mg (g) + O (g)
Mg (s) + ½ O2 (g)
∆Horede
∆Hof (MgO, s)∆H
o
sublimação (Mg, s)
∆Hoionização (Mg, g)
2ª ∆Hoionização (Mg, g)
½ ∆Hoatomização (O2, g)
∆HoAE (O, g)
2ª ∆HoAE (O, g)