As três principais ligações químicas são a iônica, covalente e metálica. A iônica envolve a transferência de elétrons entre átomos, a covalente envolve o compartilhamento de elétrons, e a metálica envolve os elétrons livres que circulam entre os núcleos atômicos positivos.
2. Átomos se combinam formando moléculas / substâncias por
meio de Ligações Químicas.
Ligações Química
Exemplo: A água, é formada pela combinação dos átomos de
hidrogênio e oxigênio, na proporção 2:1
O que exatamente une os átomos? Que tipo de força atua
promovendo a ligação química?
3. Ligações Química
Estabilidade dos Gases Nobres
Apenas os gases nobres são encontrados na natureza como átomos
isolados, sem fazer ligação química (já estão estáveis – 8 elétrons na
camada de valência).
4. Ligações Química
Modelo do Octeto
Os elementos químicos devem sempre conter 8 elétrons na camada de
valência. Na camada K pode haver no máximo 2 elétrons. Desta forma,
para os átomos (não gases nobres) ficarem estáveis, com a configuração
idêntica a dos gases nobres, estabelecem ligações químicas.
Átomos de alguns elementos representativos
apresentam, quando combinados, configuração
eletrônica semelhante à de um gás nobre, com a
camada de valência completa.
5. Ligações Química
Valência
•Os elementos são classificados em razão da capacidade de
se unirem a 1, 2, 3 ou 4 átomos – mono, di, tri ou
tetravalente.
o C – 4 ligações
o H – 1 ligação
o O – 2 ligações
•Alguns elementos apresentam valência variável, como o
Nitrogênio (valência 3 e 5), o Fósforo (valência 3 e 5) e o
Cloro (valência 1, 3, 5 e 7) em diferentes compostos.
7. Ligações Química
Substância Iônicas, Moleculares e Metálicas
•Substâncias Iônicas
o São formadas por cátions e ânions que se atraem mutuamente
(atração eletrostática), constituindo ligações iônicas.
o Geralmente são sólidas à temperatura ambiente (25ºC) e
apresentam elevadas T.E. e T.F.
o Quando sólidas são más condutoras de eletricidades, porém boas
condutoras quando dissolvidas em água.
o Ex: NaCl, CaCl2, KF
8. Ligações Química
Substância Iônicas, Moleculares e Metálicas
•Substâncias Moleculares
o Compartilham elétrons entre átomos (ametais) para
estabeleceram a ligação molecular. (ligação covalente)
o Más condutoras nos estados sólidos e líquidos.
o Podem ser sólidas, líquidas ou gasosas na temperatura ambiente
(25ºC).
o Ex: Sacarose, água, cloro, enxofre.
9. Ligações Química
Substância Iônicas, Moleculares e Metálicas
•Substâncias Metálicas
o Átomos se mantêm unidos por meio de ligações metálicas.
o Boa condutividade elétrica nos estados sólido e líquido.
o São sólidos à temperatura ambiente (exceto mercúrio – Hg - que é
líquido).
o Ex: Ouro, Ferro, Cobre, Mercúrio.
10.
11.
12. Ligações Química
Ligação Iônica
Ocorre entre íons. Para que se atraiam, esses íons devem ter
cargas opostas (um cátion + e um ânion -) Atração eletrostática
O Cloreto de Sódio é formado por cátions Na+ e ânions Cl-
Um sólido iônico é constituído por cátions e ânions dispostos em
arranjos organizados com formas geométricas bem definidas –
retículo cristalino
13. Ligações Química
Ligação Iônica
• Ligação Iônica – é o
ganho ou perda de
elétrons entre 2 ou mais
elementos químicos.
• Ocorre entre Metais e
Ametais.
Metais perdem
elétrons = Cátions
Grupos 1,2,13
Ametais ganham
elétrons = Ânions
Grupos 15,16,17
16. Ligações Química
Ligação Iônica
Fórmula Química
A fórmula Química de um composto iônico representa a
proporção expressa pelos menor nº possíveis de cátions e
ânions que compõem o retículo cristalino.
Embora formado por espécies eletricamente carregadas, um
composto iônico é eletricamente neutro, ou seja, o nº de
cargas + é igual ao nº de cargas -.
17. Ligações Química
Ligação Iônica
Fórmula Química
Na fórmula escrevem-se primeiro o símbolo do cátion e
depois o do ânion. Os nº subscritos indicam a proporção
entre os átomos. O nº 1 não precisa ser escrito.
Os cátions recebem o nome do próprio elemento dos quais
derivam. Ex: Na+ (cátion Sódio); Ca2+ (cátion cálcio).
Alguns elementos formam mais de um cátion. Para esses deve
acrescentar algarismo romano. Ex: Cu+ (cátion Cobre(I)) e Cu2+
(cátion Cobre (II)).
24. Ligações Química
Ligação Covalente
As substâncias moleculares são formadas por átomos unidos
por ligação covalente.
Esse tipo de ligação apresenta compartilhamento de um ou
mais pares de elétrons da camada de valência dos átomos
envolvidos. Os elétrons compartilhados são atraídos pelos
núcleos dos 2 átomos participantes da ligação.
26. Ligações Química
Ligação Covalente
Para que uma reação química ocorra,
é necessário que as ligações
químicas (Iônicas, covalentes ou
metálicas) sejam rompidas e/ou que
novas ligações sejam formadas.
Já para ocorrer mudança de estado
físico, não há rompimento de
ligações químicas. A molécula
permanece a mesma. Só muda sua
organização.
27. Ligações Química
Ligação Covalente
Gilbert Lewis (1916) propôs que os átomos compartilham pares de
elétrons para formar o octeto (8 elétrons na camada de valência –
exceção do hidrogênio que se estabiliza com 2 elétrons).
Na representação de Lewis, cada elétron da camada de valência é
simbolizado por um ponto.
29. Ligações Química
Ligação Covalente
Dois átomos podem compartilhar até 3 pares de elétrons entre si.
• A ligação simples é quando compartilham 1 par de elétrons.
• A ligação dupla é quando compartilham 2 pares de elétrons.
• A ligação tripla é quando compartilham 3 pares de elétrons.
30. Ligações Química
Ligação Covalente
Ligação Covalente Coordenada
Há a possibilidade de um átomo que esteja com a camada completa
compartilhar um par de elétrons com outro átomo. Ou seja, a ligação
covalente não precisa ocorrer com a participação de um elétron proveniente
de cada átomo. Essa ligação chama-se Ligação Covalente Coordenada (dativa)
31. Ligações Química
Ligação Covalente
Estruturas de Ressonância
Como as ligações do Ozônio (O3) , dióxido de carbono (CO2) e
ácido nítrico (HNO3) podem “migrar” de um átomo de
oxigênio para outro, as estruturas dessas substâncias sofrem
ressonância e também podem ser representadas conforme
mostrado abaixo.
32. Ligações Química
Ligação Covalente
Substâncias Moleculares
• As substâncias moleculares são aquelas formadas por átomos
ligados covalentemente entre si.
• As substâncias moleculares são isolantes elétricos tanto no estado
sólido como no líquido.
• As substâncias moleculares podem ser encontradas nos 3 estados
físicos, nas condições ambientes.
33. Ligações Química
Ligação Covalente
Substâncias de Rede Covalente
• Grupo de substâncias formadas pelos elementos não metálicos que
apresentam altíssima temperatura de fusão e de ebulição e são
insolúveis em praticamente todos os solventes.
• Representam esse grupo o Diamante (C), a grafita (C), o dióxido de
silício (SiO2) e o carbeto de silício (SiC). Essas substâncias são
conhecidas como sólidos covalentes ou sólidos de rede covalente.
35. Ligações Química
Ligação Metálica
• Mantêm os átomos metálicos unidos.
.
• Os metais apresentam elevada eletropositividade
(tendência em doar elétrons).
• Teoria da Nuvem eletrônica ou “Mar de elétrons”
• Ligas Metálicas –
misturas de átomos
metálicos gerando novas
propriedades antes não
presentes. Ex: Bronze =
cobre + estanho
36. Ligações Química
Ligação Metálica
• Nos átomos unidos, os elétrons da última camada não
ficam restritos ao respectivo átomo, mas circulam por todo
o material. Os núcleos dos átomos vizinhos exercem
pequena atração nos elétrons da camada de valência dos
outros átomos, deixando esses elétrons mais “soltos”.
• Essa liberdade de
movimentação dos
elétrons explica a
condução de
eletricidade
37. Resumo: Ligações Química
Iônica, Covalente e Metálica
• Ligação iônica – perda ou ganho de
elétrons.
• Ligação covalente – compartilhamento
de elétrons (normal ou dativa).
• Ligação metálica – átomos neutros e
cátions mergulhados numa "nuvem
eletrônica" ou "mar de elétrons".
38. Ligações Química
Ligas Metálicas
Aço: Formado pela mistura de aproximadamente 98,5% de
ferro, 0,5 a 1,7% de carbono e traços de silício, enxofre e
oxigênio. É usado em peças metálicas que sofrem elevada
tração, pois é mais resistente à tração do que o ferro puro. O
aço é uma liga usada para produzir outras ligas metálicas.
Solda: Formada por 67% de chumbo e 33% de estanho, ela
é usada em solda de contatos elétricos porque possui baixo
ponto de fusão
39. Ligações Química
Ligas Metálicas
Aço Inox: Formado por 74% de aço, 18% de cromo e 8% de
níquel. Por ser praticamente inoxidável, é usado em talheres,
peças de carro, brocas, utensílios de cozinha e decoração.
Magnálio: Mistura de 90% de alumínio e 10% de magnésio.
Por ser bastante leve, é usado em peças de aviões e de
automóveis.
40. Ligações Química
Ligas Metálicas
Ouro 18 quilates: Liga formada por 75% de ouro, 13% de
prata e 12% de cobre. Sua vantagem em relação ao ouro
puro é que esse metal é macio e pode ser facilmente
riscado. Além disso, a liga mantém as propriedades
desejadas do ouro, como brilho, dureza adequada para a
joia e durabilidade.
Bronze: Formado por 67% de cobre e 33% de estanho.
Sua principal propriedade é resistência ao desgaste, sendo
muito usado para produzir sinos, medalhas, moedas e
estátuas.
42. Ligações Química
Ligas Metálicas
As ligas se caracterizam por fornecer ou modificar
propriedades que os metais não apresentam.
Dentre estas características destacam-se:
•Condutividade elétrica e térmica;
•Resistência à corrosão;
•Brilho;
•Resistência mecânica;
•Temperatura de fusão.
Com exceção dos gases nobres, encontrados como átomos isolados na natureza, os átomos dos demais elementos químicos geralmente se encontram combinados, dando origem a inúmeras substâncias químicas. A existência dessas substâncias indica uma tendência natural dos átomos: a de se combinarem uns com os outros.
O que exatamente une os átomos? Que tipo de força atua promovendo a ligação química?
A maioria dos átomos dos elementos representativos (grupos 1,2 13 a 17) tende a apresentar a camada de valência completa quando formam substâncias.
Modelo do Octeto – apenas os gases nobres são encontrados na natureza como átomos isolados, sem fazer ligação química (apesar que existem substância com elementos dos gases nobres). Átomos de alguns elementos representativos apresentam, quando combinados, configuração eletrônica semelhante à de um gás nobre, com a camada de valência completa.
Os átomos dos demais elementos químicos, para ficarem estabilizados, devem adquirir, através das ligações químicas, eletrosferas iguais as dos gases nobres.
Há três tipos de ligações químicas:
- Ligação iônica – perda ou ganho de elétrons - Ligação covalente – compartilhamento de elétrons (normal ou dativa) - Ligação metálica – átomos neutros e cátions mergulhados numa "nuvem eletrônica" ou "mar de elétrons".
No retículo cristalino, observa-se um arranjo intercalado de cátions e ânions, os quais se atraem mutuamente. A forte atração eletrostática entre espécies de cargas opostas explica por que a maioria das substâncias iônicas é sólida à temperatura ambiente.
O aumento da temperatura faz que os íons passem a vibrar com maior intensidade até que ocorra o rompimento do retículo, permitindo que as espécies carregadas adquiram movimentos de translação. É esse rompimento do retículo cristalino que caracteriza o processo de fusão.
É na camada de valência, com perda ou ganho de elétrons que ocorre a ligação química.
É na camada de valência, com perda ou ganho de elétrons que ocorre a ligação química.
No retículo cristalino, observa-se um arranjo intercalado de cátions e ânions, os quais se atraem mutuamente. A forte atração eletrostática entre espécies de cargas opostas explica por que a maioria das substâncias iônicas é sólida à temperatura ambiente.
O aumento da temperatura faz que os íons passem a vibrar com maior intensidade até que ocorra o rompimento do retículo, permitindo que as espécies carregadas adquiram movimentos de translação. É esse rompimento do retículo cristalino que caracteriza o processo de fusão.
Isso explica a fórmula do cloreto de cálcio CaCl2. Como o Ca2+ possui 2 cargas positivas, são necessárias 2 cargas negativas (Cl-) para neutralizá-las
Na fórmula escrevem-se primeiro o símbolo do cátion e depois o do ânion. Os nº subscritos indicam a proporção entre os átomos. O nº 1 não precisa ser escrito.
Se na fórmula o cátion é primeiro, na nomenclatura, primeiro é o ânion.
Muitas substâncias iônicas, quando colocadas em água, dissolvem-se com a quebra do retículo cristalino e a separação dos íons. Esse processo é chamado de dissociação iônica, e a solução obtida é denominada de solução iônica - conduz eletricidade pois os íons apresentam maior liberdade de movimento do que no retículo.
Quando o cloreto de sódio é adicionado à água, os íons que se separam do aglomerado iônico são cercados por várias moléculas de água. Esse processo é denominado solvatação e, quando o solvente é a água, pode ser denominado hidratação.
Muitas substâncias iônicas, quando colocadas em água, dissolvem-se com a quebra do retículo cristalino e a separação dos íons. Esse processo é chamado de dissociação iônica, e a solução obtida é denominada de solução iônica - conduz eletricidade pois os íons apresentam maior liberdade de movimento do que no retículo.
Quando o cloreto de sódio é adicionado à água, os íons que se separam do aglomerado iônico são cercados por várias moléculas de água. Esse processo é denominado solvatação e, quando o solvente é a água, pode ser denominado hidratação.
As substâncias moleculares são formadas por átomos unidos por ligação covalente.
Esse tipo de ligação apresenta compartilhamento de um ou mais pares de elétrons da camada de valência dos átomos envolvidos. Os elétrons compartilhados são atraídos pelos núcleos dos 2 átomos participantes da ligação.
Ametais com Ametais
Grupos 14,15,16,17
Observe a tabela a seguir, que apresenta as fórmulas dos hidretos de alguns elementos não metálicos, todos eles moleculares.
Observe, que o grupo 14, possui 4 elétrons, portanto necessita de mais 4 compartilhados para ficar com 8 elétrons na camada de valência e se estabilizar. O grupo 14, que possui 5 elétrons, necessita de 3 compartilhamento. O grupo 16 que possui 6 elétrons, necessita de 2 compartilhamento e o grupo 17, que apresenta 7 elétrons, necessita de 1 compartilhamento.
Lembrando que o hidrogênio só apresenta 1 elétron na valência e portanto, só faz 1 compartilhamento.
Repare que na mudança de estado físico, a molécula permanece a mesma. Só muda sua organização.
O que mantém a forma do retículo cristalino é a interação eletrostática entre as espécies (átomos, moléculas, íons). Quanto maior a interação, maior a energia necessária para romper o retículo.
Ex: Na sublimação do iodo sólido, a elevação da temperatura aumenta a energia cinética das moléculas de iodo. Com o passar do tempo, algumas moléculas adquirem energia suficiente para romper as interações intermoleculares, “escapando” do retículo cristalino.
Cada par de elétrons compartilhado representa uma ligação química, ou seja, os elétrons pertencem à região da eletrosfera comum a cada par de elétrons que estão unidos.
Cada par de elétrons compartilhado representa uma ligação química, ou seja, os elétrons pertencem à região da eletrosfera comum a cada par de elétrons que estão unidos.
Além da fórmula de Lewis, é comum representar a molécula pela fórmula estrutural, em que cada ligação covalente é representada por um traço.
A análise das propriedades físicas das substâncias formadas por ligações covalentes evidencia diferenças muito grandes entre os materiais. De maneira geral, as substâncias moleculares são isolantes elétricos tanto no estado sólido como no líquido.
As substâncias moleculares podem ser encontradas nos 3 estados físicos, nas condições ambientes. A sacarose, por exemplo, é sólida; a acetona e o etanol são líquidos; o sulfeto de hidrogênio é um gás. Essas substâncias, classificadas como moleculares, apresentam solubilidade variada em água e em outros solventes como álcool e querosene. As substâncias moleculares são aquelas formadas por átomos ligados covalentemente entre si. Entretanto, há um grupo de substâncias formadas pelos elementos não metálicos que apresentam altíssima temperatura de fusão e de ebulição e são insolúveis em praticamente todos os solventes. Representam esse grupo o Diamante (C), a grafita (C), o dióxido de silício (SiO2) e o carbeto de silício (SiC). Essas substâncias são conhecidas como sólidos covalentes ou sólidos de rede covalente. Seus átomos se unem por meio do compartilhamento de elétrons em uma estrutura de rede com um nº indeterminado e muito grande de átomos. Diferentemente das substâncias moleculares, não há moléculas independentes, mas um retículo tridimensional. Essas substâncias têm altas temperaturas de ebulição (sempre superiores a 1000ºC) e elevada dureza.
Seus átomos se unem por meio do compartilhamento de elétrons em uma estrutura de rede com um número indeterminado e muito grande de átomos. Diferentemente das substâncias moleculares, não há moléculas independentes, mas um retículo tridimensional. Essas substâncias têm altas temperaturas de ebulição (sempre superiores a 1000ºC) e elevada dureza.
O diamante, que apresenta a maior dureza conhecida, não é riscado por nenhum outro material. É utilizado como abrasivo em instrumentos de corte. A grafita é mole, usada como lubrificante em engrenagens e esferas de rolimã e para escrever. Bom condutor de corrente elétrica, tem aplicações em pilhas e motores elétricos.
Enquanto a estrutura do diamante apresenta todos os átomos de carbono com o mesmo tipo de ligação, a estrutura da grafita possui átomos de carbono formando anéis hexagonais em planos paralelos. As ligações entre os planos são mais fracas, permitem a movimentação de elétrons entre os planos e facilitam o desgaste do sólido com o deslocamento dos planos, justificando suas propriedades. Outros exemplos de alotropia são: fósforo branco (P4) e fósforo vermelho (Pn), e o enxofre rômbico (S8) e o enxofre monoclínico (S8)
Os metais são substâncias simples de elementos metálicos ou misturas homogêneas dessas substâncias – as ligas metálicas.
Os núcleos de átomos de elementos metálicos apresentam, geralmente, baixa atração pelos elétrons da camada de valência, justificando os baixos valores de potencial de ionização, afinidade eletrônica e eletronegatividade.
Supõe-se que os átomos que apresentam essas características, quando se unem, formem uma estrutura em que os elétrons da última camada não ficam restritos ao respectivo átomo, mas circulam por todo o material. Com a aproximação , os núcleos dos átomos vizinhos exercem pequena atração nos elétrons da camada de valência dos outros átomos, deixando esses elétrons mais “soltos”.
As propriedades características comuns dos metais podem ser explicadas por esse modelo, no qual cátions dos elementos metálicos estão dispostos em um retículo cristalino e elétrons circulam livremente entre eles. Esse modelo de ligação é conhecido como modelo do “mar de elétrons”, pois os cátions metálicos estão imersos nos elétrons livres.
A esperada repulsão entre os cátions é neutralizada pela presença dos elétrons. A estabilidade da ligação é obtida pela perda de energia na formação da ligação envolvendo diversos átomos.
Essa liberdade de movimentação dos elétrons explica a condução de eletricidade decorrente da aplicação de um potencial elétrico.
O movimento dos elétrons pelo material aumenta a eficiência da condução de calor, facilitando a transferência de movimento entre os átomos. A maleabilidade pode ser explicada pelo rearranjo do retículo metálico devido à tensão mecânica: a aproximação dos cátions provocaria repulsões amenizadas pelo movimento dos elétrons, não ocorrendo ruptura do material, mas sim um deslizamento dos átomos e o rearranjo do retículo.
