Ligações químicas

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  • On the left, there is a normal sodium atom with 1 electron in its outermost shell, and a normal chlorine atom with 7 electrons in its outermost shell. Sodium is a strong reducer and chlorine a strong oxidizer. On the right, the sodium atom has completely given up its electron to the chlorine atom. The sodium now has 8 electrons in its second shell (now its outermost shell) and the chlorine now has eight in its third shell. Both are now “happy.” However, they are stuck together because they now have gone from neutral charge to both having opposite charges. The opposite charges “bind” them together. They are said to be ionically bonded. See Fig 2.3a&b on p25.
  • This shows how the chlorine and sodium atoms pack together to make the cubicle crystals of sodium chloride, which is table salt. See Fig 2.3c on p25.
  • The partial charges on different parts of water molecules produce weak attractive forces called hydrogen bonds (dotted lines) between the hydrogens of one water molecule and the oxygens of other molecules.
  • The polarity of water molecules allows water to dissolve polar and charged substances. When a salt crystal is dropped into water, the water surrounds the sodium and chloride ions with oppositely charged poles of the water molecules. Thus insulated from the attractiveness of other molecules of salt, the ions disperse, and the whole crystal gradually dissolves.
  • Water disassociation: water can disassociate into a hydroxyl ion and a proton. Many biological molecules dissolve in water because they have polar parts—for example, OH– (hydroxyl) groups—that can form hydrogen bonds with water molecules. As shown, hydrogen bonds can form between the hydroxyl groups on a glucose molecule (a simple sugar) and surrounding water molecules.
  • The pH scale expresses the concentration of hydrogen ions in a solution on a scale of 0 (very acidic) to 14 (very basic). Each unit of change in pH on the pH scale represents a tenfold change in the concentration of hydrogen ions. Lemon juice, for example, is about 10 times more acidic than orange juice, and the most severe acid rains in the northeastern United States are almost 1000 times more acidic than normal rainfall. Except for the inside of your stomach, nearly all the fluids in your body are finely adjusted to a pH of 7.4. The color coding corresponds to a common pH indicator dye, bromthymol blue, widely used by aquarium owners to monitor the pH of water for their fish.
  • Ligações químicas

    1. 1. LIGAÇÕES QUÍMICAS
    2. 2. Introdução Ao longo do século XIX, enquanto se formulava a teoria atômica, sucederam-se com maior ou menor grau de acerto suposições sobre a natureza das forças que mantêm unidos os átomos nos compostos químicos. Uma das hipóteses mais aceitas foi a de Berzelius, segundo a qual as combinações químicas obedecem ao princípio da atração entre cargas elétricas de sinais opostos.
    3. 3. Os átomos ligam-se para adquirir maior estabilidade com o mínimo de energia.
    4. 4. Gases Nobres (8A): são encontrados isoladamente porque são estáveis por natureza. O gás hélio (He) tem dois elétrons na camada K. O neônio (Ne), argônio (Ar) , criptônio (Kr), xenônio (Xe), radônio (Rn) e Ununóctio apresentam oito elétrons na camada de valência (que é a última camada). O gás hélio (He) O gás neônio (Ne) O gás argônio (Ar), O gás criptônio (Kr), O gás xenônio (Xe)
    5. 5. Sendo que o radônio tem sido aplicado como fonte de radiação em canceroterapia, oferecendo algumas vantagens sobre o rádio. Utiliza-se também como indicador radioativo para a detecção de fugas de gases e na medida da velocidade de escoamento de fluidos. Também é utilizado em sismógrafos e como fonte de neutrons. O átomo de rádon é altamente instável. Todos os seus isótopos têm semi-vidas extremamente curtas e emitem radiação alfa, transformando-se em polónio. O rádon é formado na desintegração do rádio e, portanto, todos os minerais que contêm rádio têm também rádon.
    6. 6. Pela posição na tabela periódica, a previsão é que apresente propriedades químicas similares ao radônio. Por isso, também é conhecido pelo nome de eka-radônio. Provavelmente será o segundo elemento gasoso radioativo, e o prim eiro gás com semicondutividade. Ununóctio (do latim um, um, oito) é o nome provisório do elemento químico superpesado sintético de número atômico 118 (118 prótons e 118 elétrons). Seu símbolo químico provisório e Ocupa o grupo 18 (VIIIA ou 0) da tabela periódica juntamente com os gases nobres.
    7. 7. E. Eletropositivo + E. Eletronegativo Iônica E. Eletronegativo + E. Eletronegativo Covalente E. Eletropositivo + E. Eletropositivo Metálica As ligações químicas podem ser classificadas em 3 categorias:
    8. 8. Ligação Iônica
    9. 9. A ligação iônica ocorre entre metais e não metais e entre metais e hidrogênio. Num composto iônico, a quantidade de cargas negativas e positivas é igual. A ligação entre o sódio (11Na) e o cloro (17Cl) é um exemplo característico de ligação iônica. Observe a distribuição dos elétrons em camadas para os dois elementos: Na   2 - 8 - 1        Cl   2 - 8 - 7 Cristal de cloreto de sódio
    10. 10. Ligação Iônica no NaCl Íon sódio #e = #p -1 íon cloreto #e = #p+1 Carga negativa Carga positiva ± + – ± + ± + ± + ± + ± + ± + ± + – – – – – – ± + – – – ± + – ± + ± + ± + ± + ± + ± + ± + – – – – – – ± + – – – – – – – – – – ± + – ± + ± + ± + ± + ± + ± + ± + – – – – – – ± + – – – – sódio #e=2+8+1=#p ± + – ± + ± + ± + ± + ± + ± + ± + – – – – – – ± + – – – – – – – – – – cloro #e=2+8+7=#p – – elétron totalmente transferido
    11. 11. Ligação Iônica no NaCl <ul><li>Opostos se atraem.
    12. 12. Sódios se acomodam entre cloros.
    13. 13. formam-se cristais cúbicos perfeitos. </li></ul>Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+
    14. 14. Para o cloro interessa adicionar um elétron à sua última camada, completando a quantidade de oito elétrons nela. Ao sódio interessa perder o elétron de sua camada M, assim a anterior passará a ser a última, já possuindo a quantidade necessária de elétrons. Na representação da ligação, utilizamos somente os elétrons da última camada de cada átomo. A seta indica quem cede e quem recebe o elétron. Cada elétron cedido deve ser simbolizado por uma seta. Esta representação é conhecida por fórmula eletrônica ou de Lewis. Então: METAL + NÃO-METAL ->   LIGAÇÃO IÔNICA
    15. 15. Se os íons já estão formados e eletronicamente estáveis, haverá assim uma interação eletrostática, mais conhecida como ligação iônica. Esse fenômeno químico acontece obedecendo à regra: cargas com sinais opostos se atraem. Veja a equação: Ca²+ + CO3²- -> CaCO3
    16. 16. É reconhecido como um dos quatro maiores cientistas da humanidade (Galileu, Newton e Einstein).
    17. 17. Pauling é amplamente reconhecido como um dos principais químicos do século XX. Foi pioneiro na aplicação da Mecânica Quântica em Química, e em 1954 foi galardoado com o Prêmio Nobel da Química pelo seu trabalho relativo à natureza das ligações químicas.
    18. 18. Ligação covalente ou moleculares Substâncias covalentes: formado entre não-metais
    19. 19. Habilidade que os elementos possuem de estabelecer ligações químicas VALÊNCIA Elétrons de valência: elétrons mais externos do átomo e que participam das ligações químicas
    20. 20. Ocorre, em geral , entre átomos de não metais onde a diferença de eletronegatividade seja baixa. A ligação covalente decorre do compartilhamento de pares de elétrons, com spins oposto os ou Anti –paralelos, formando moléculas. - se o par de elétrons é constituído por um elétron de cada átomo envolvido, a ligação é dita covalente e normal ; - se o par de elétrons é cedido por apenas um dos átomos a ligação é dita covalente e dativa ou coordenada .
    21. 21. <ul><ul><li>Gerada pelo compartilhamento de elétrons de valência entre os átomos . </li></ul></ul><ul><ul><li>Ex: Molécula de Cl2 </li></ul></ul><ul><ul><li>Elétrons de valência são os elétrons dos orbitais mais externos. </li></ul></ul><ul><li>Um elétron de cada átomo é compartilhado com o outro, gerando uma camada completa para ambos. </li></ul>Cl - Cl
    22. 22. <ul><ul><li>Tem uma grande faixa de energias de ligação => pontos de fusão </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Energias da ordem de centenas de kJ/mol
    23. 23. Ex: Carbono na estrutura do diamante  3550°C
    24. 24. Ex: Bismuto  270°C </li></ul></ul></ul>
    25. 25. DIAMANTE GRAFITE Ligação forte Ligação fraca
    26. 26. Ligação covalente Molécula de Oxigênio (O2) Átomo de Oxigênio Átomo de Oxigênio
    27. 27. <ul><li>Os elétrons de valência são compartilhados
    28. 28. Forma-se com átomos de alta eletronegatividade
    29. 29. A ligação covalente é direcional e forma ângulos bem definidos (apresenta um certo grau de ligação iônica)
    30. 30. A ligação covalente é forte = 125-300 Kcal/mol
    31. 31. Esse tipo de ligação é comum em compostos orgânicos, por exemplo em materiais poliméricos e diamante. </li></ul>Ex: metano (CH4) Ligação Covalente(cont.)
    32. 32. Ligações de hidrogênio ligam moléculas de água O O H H H H + + + – – + + Ligações de Hidrogênio <ul><li>Moléculas de água têm leve separação de cargas </li></ul><ul><li>Elétrons preferem O em relação ao H </li></ul><ul><li>Ligações de Hidrogênio formam-se entre O de uma molécula de água e o H de outra </li></ul>
    33. 33. Devido às ligações de hidrogênio, a água apresenta: <ul><li>Tensão Superficial : concentração de </li></ul> ligações de hidrogênio na interface ar-água <ul><li>Coesão : moleculas de água se associam entre si </li></ul>
    34. 34. Devido às ligações de hidrogênio, a água apresenta: <ul><li>Ação de Capilaridade : movimento da água através de tubos por coesão e adesão </li></ul><ul><li>Adesão : moléculas de água se associam com outras moléculas ou superfícies </li></ul>
    35. 35. Devido às ligações de hidrogênio, a água apresenta: <ul><li>Molhabilidade : movimento da água dentro </li></ul>de madeira ou gelatina por ação de capilaridade
    36. 36. Devido às ligações de hidrogênio, a água resiste a mudanças de temperatura Água apresenta altos valores de Calor específico : calor necessário para mudar a temperatura Calor de Vaporização : calor necessário para converter líquido em gas
    37. 37. Devido às ligações de hidrogênio, a densidade diminui sob congelamento Gelo flutua !
    38. 38. Água como solvente <ul><li>Substâncias que são insolúveis em água = hidrofóbicas </li><ul><li>Não-polares </li></ul></ul><ul><li>Substâncias que se dissolvem em água = hidrofílicas </li></ul><ul><ul><li>Polares
    39. 39. Iônicas </li></ul></ul>
    40. 40. NaCl dissolve em Água Ligações Iônicas de NaCl têm cargas +/- Água tem cargas +/- parciais O tende a juntar-se ao Na+ H tende a juntar-se ao Cl-
    41. 41. Dissociação + Água íon hidroxido Íon hidrogênio Umas poucas moléculas de água naturalmente se dissociam em íons <ul><li>Íon hidróxido é negativo e básico </li></ul><ul><li>íon hidrogênio é positivo e ácido </li></ul>– +
    42. 42. A escala de pH Neutro pH+ = pOH– Ácidez Crescente pH+ > pOH– Basicidade Crescente pH+ < pOH– 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Suco de Limão Suco de Lima Ácidez do Estômago Cerveja Café Urina Água Sangue Água do mar Soda Barrilha Alvejante Amônia Limpa Forno 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 10-13 10-14 10-14 10-13 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100
    43. 43. Podemos concluir que: Ametal + Ametal -> Ligação Covalente -> Substância molecular -> Sólido ou Líquido ou Gás Analogamente, podemos dizer que, para atingir o octeto , os ametais do grupo 6A(16) devem compartilhar dois pares de elétrons; os do grupo 5A(15), três pares; e os do 4A(14), quatro pares. Podemos concluir que: Ametal + Ametal -> Ligação Covalente -> Substância molecular -> Sólido ou Líquido ou Gás Analogamente, podemos dizer que, para atingir o octeto , os ametais do grupo 6A(16) devem compartilhar dois pares de elétrons; os do grupo 5A(15), três pares; e os do 4A(14), quatro pares.
    44. 44. Ligação Metálica É a formação de nossos metais
    45. 45. Ligação metálica é a ligação entre metais e metais. Formam as chamadas ligas metálicas que são cada vez mais importantes para o nosso dia-a-dia. No estado sólido, os metais se agrupam de forma geometricamente ordenados formando as células, ou grades ou retículo cristalino. Uma amostra de metal é constituída por um grande número de células unitárias formadas por cátions desse metal. Na ligação entre átomos de um elemento metálico ocorre liberação parcial dos elétrons mais externos, com a consequente formação de cátions, que formam as células unitárias. Esses cátions têm suas cargas estabilizadas pelos elétrons que foram liberados e que ficam envolvendo a estrutura como uma nuvem eletrônica. São dotados de um  certo movimento e, por isso, chamados de elétrons livres . Essa movimentação dos elétrons livres explica por que os metais são bons condutores elétricos e térmicos. A consideração de que a corrente elétrica é um fluxo de elétrons levou à criação da Teoria da Nuvem Eletrônica ou Teoria do “Mar” de elétrons. Pode-se dizer que o metal seria um aglomerado de átomos neutros e cátions, mergulhados numa nuvem ou “mar” de elétrons livres. Esta nuvem de elétrons funcionaria como a ligação metálica, que mantém os átomos unidos.  
    46. 46. Nuvem eletrônica
    47. 47. Pompeu Átomo+elétrons das camadas mais internas Elétrons de valência <ul><li>Forma-se com átomos de baixa eletronegatividade (apresentam no máximo 3 elétrons de valência)
    48. 48. Então, os elétrons de valência são divididos com todos os átomos (não estão ligados a nenhum átomo em particular) e assim eles estão livres para conduzir
    49. 49. A ligação metálica não é direcional porque os elétrons livres protegem o átomo carregado positivamente das forças repulsivas eletrostáticas
    50. 50. A ligação metálica é geralmente forte (um pouco menos que a iônica e covalente)= 20-200 Kcal/mol
    51. 51. Ex: Hg e W </li></ul><ul><li>Nos metais, existe uma grande quantidade de elétrons quase livres, os elétrons de condução , que não estão presos a nenhum átomo em particular. </li></ul><ul><li>Estes elétrons são compartilhados pelos átomos, formando uma nuvem eletrônica, responsável pela alta condutividade elétrica e térmica destes materiais. </li></ul>
    52. 52. São estas ligações e suas estruturas que os metais apresentam uma série de propriedades bem características, como por exemplo, o brilho metálico, a condutividade elétrica, o alto ponto de fusão e ebulição, a maleabilidade, a ductilidade, a alta densidade e a resistência á tração. As ligas metálicas são a união de dois ou mais metais. Às vezes com não-metais e metais. As ligas têm mais aplicação do que os metais puros. Algumas ligas: - bronze (cobre + estanho) – usado em estátuas, sinos
    53. 53. - aço comum (ferro + 0,1 a 0,8% de carbono) – com maior resistência à tração, é usado em construção, pontes, fogões, geladeiras.
    54. 54. - aço inoxidável (ferro + 0,1 de carbono + 18% de cromo + 8% de níquel) – não enferruja (diferente do ferro e do aço comum), é usado em vagões de metrô, fogões, pias e talheres.
    55. 55. - latão (cobre + zinco) – usado em armas e torneiras.
    56. 56. - ouro / em jóias (75% de ouro ou prata + 25% de cobre) – usado para fabricação de jóias. Utiliza-se 25% de cobre para o ouro 18K. E o ouro 24K é considerado ouro puro. As substâncias metálicas são representadas graficamente pelo símbolo do elemento: Exemplo: Fe, Cu, Na, Ag, Au, Ca, Hg, Mg, Cs, Li.

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