Qumica Geral - 2011/2012 Professor Valentim Nunes, Departamento de Engenharia Qumica e do Ambienteemail: valentim@ipt.pt Gabinete: J207Pg. Web: http://www.docentes.ipt.pt/valentim/ensino/quimica1.htm

Ligao QumicaO conceito de configurao electrnica e o desenvolvimento da Tabela Peridica permitiu aos qumicos uma base lgica para explicar a formao de molculas e outros compostos.A explicao de Lewis que os tomos reagem de forma a alcanar uma configurao electrnica mais estvel (correspondendo configurao de um gs nobre.O que uma ligao qumica? o conjunto de foras que mantm os tomos unidos entre si, dando origem a molculas. Em todos os tipos de ligao qumica as foras de ligao so essencialmente electrostticas (ou de Coulomb), i.., foras entre cargas elctricas.

Tipos de Ligao Qumica Ligao inica Ligao covalente Ligao metlica

Representaes de LewisNuma ligao qumica s intervm os electres de valncia, ou seja, os electres da camada mais externa do tomo. Para os representar utilizamos as representaes de Lewis ou notao de Lewis. Consistem no smbolo do elemento (que representa o ncleo mais as camadas internas, ou cerne do tomo) e um ponto (dot) por cada electro de valncia.Exemplos:metais alcalinos: Li ; Naoxignio: Ocarbono: C halogneos: F

Representaes de LewisOs elementos de transio tm camadas internas incompletas e no podemos (em geral) escrever a notao de Lewis para estes elementos.

Ligao inicaA ligao inica caracterstica dos elementos dos Grupos 1 e 2 e dos halogneos e oxignio. As ligaes inicas formam-se quando um elemento com baixa energia de ionizao cede um electro a um elemento com elevada afinidade electrnica.Exemplo: LiF (fluoreto de ltio)

Li Li+ + e- ionizao do ltioF + e- F - aceitao do electro pelo florLi+ + F- LiFformao do composto inico

Formao de um slido inico (NaCl)Ies com cargas opostas so atrados um para o outro por foras electrostticas. Estas foras definem a ligao inica.O conjunto de ligaes inicas entre ies vizinhos, Na+ e Cl- conduzem formao do slido inico. Os ies permanecem juntos devido atraco electrosttica:

Energtica da formao de ligaes inicasA estabilidade de um composto inico depende da interaco de todos os ies.Energia de rede: a energia necessria para dissociar completamente um mole de composto inico slido nos seus ies no estado gasoso.NaCl(s) Na+(g) + Cl-(g)U = +787 kJ/mol

Esta energia no pode ser medida directamente, mas pode ser obtida a partir de um ciclo de Born-Haber, que mostra todos os passos que contribuem para a energia total da reaco de formao do composto inico.

O Ciclo de Born-Haber relaciona a energia de rede com a energia de ionizao, afinidade electrnica e outras propriedades atmicas e moleculares.

Energtica da formao de ligaes inicas

Ciclo de Born-HaberNa(s) + 1/2 Cl2(g) NaCl(s) Htotal = -411 kJ/molNa(s) Na(g)107.3 kJ/mol1/2 Cl2(g) Cl(g)122 kJ/molNa(g) Na+(g) + e-495.8 kJ/molCl(g) + e- Cl-(g)-348.6 kJ/molNa+(g) + Cl-(g) NaCl(s)H = ?

H1 + H2 + H3 + H4 + H5 = HtotalH5 = -787 kJ/molUrede = + 787 kJ/mol

Energia de rede de slidos inicos Urede/kJ.mol-1 Tfuso/C __________________________ LiCl 853801 LiF 1036845 MgO 3791 2800 ___________________________

Ligao covalenteLigao covalente: uma ligao na qual electres so partilhados por dois tomos.

O comprimento e fora da ligao qumica resultam do equilbrio devido repulso entre cargas iguais e atraco entre cargas opostas.

Comprimento da ligao covalenteDefine-se comprimento da ligao como sendo a distncia entre os ncleos de dois tomos ligados numa molcula.

Estruturas de LewisLigao no H2: H + H H H Ligao no F2: F + F F F ou F-FPar liganteElectres no envolvidos na ligao: pares isolados ou no-ligantesRegra do Octeto: Qualquer tomo, excepto o hidrognio, tem tendncia a formar ligaes at ficar rodeado por oito electres de valncia (vlido para elementos do 2 perodo).

Ligaes duplas e triplas

Energia de dissociao da ligaoA energia de dissociao da ligao a energia necessria para quebrar essa ligao.

ElectronegatividadeNo caso do hidrognio, H2; os electres so igualmente partilhados pelos dois ncleos. A situao diferente por exemplo para o HCl ou HF. Os electres passam mais tempo na vizinhana de um dos tomos.Electronegatividade (EN): medida da capacidade de um tomo atrair para si os electres partilhados numa ligao.Ligao covalente polar

Escala de Pauling de electronegatividades

Previso do carcter da ligaoSe EN < 2.0 a ligao covalente polar; Se EN ~ 2.0 tem 50 % de carcter inico; se EN > 2.0 ento a ligao predominantemente inica. Se EN = 0, a ligao covalente apolar ( 0% de carcter inico).

Propriedades de compostos covalentes e inicosCompostos covalentes: geralmente gases, lquidos ou slidos de baixo ponto de fusoCompostos inicos: slidos de ponto de fuso elevado.PropriedadeNaClCCl4Aspectoslido brancolquido incolorTfuso/ C801- 23Tebulio/ C141376.5solubilidade em H2Oelevadabastante baixaCondutividade elctricaslidomaumaufundidobom mau

Estruturas de Lewis para molculas poliatmicas1)Escrever o esqueleto estrutural do composto. Em geral o tomo menos electronegativo ocupa posio central. H e F ocupam sempre posies terminais2) Contar o nmero total de electres de valncia. Para anies poliatmicos adicionar o nmero de cargas negativas. Para caties subtrair.3) Desenhar uma ligao covalente simples entre o tomo central e cada um dos tomos em redor. Completar o octeto dos tomos ligados ao tomo central.4) Se a regra do octeto no for verificada para o tomo central experimentar ligaes duplas ou triplas entre o tomo central e os tomos em redor.

ExemplosPraticar: NF3; CS2; HNO3

Carga formalChama-se carga formal de um tomo diferena entre o nmero de electres de valncia num tomo isolado e o nmero de electres atribudo a esse tomo numa estrutura de Lewis. Para molculas neutras a soma das cargas formais tem de ser zero. Para ies a soma tem de igualar a carga do io. Estruturas de Lewis com menores cargas formais so mais provveis Estruturas de Lewis mais provveis quando as cargas negativas esto situadas nos tomos mais electronegativos.

RessonnciaEstruturas de ressonncia: cada uma das duas ou mais estruturas de Lewis para uma molcula particular. Hbridos de ressonncia

Excepes regra do octetoBeH2 : H-Be-HMolculas com nmero mpar de electres, nunca satisfazem a regra do octeto:Octeto expandido (a partir do 2 perodo da Tabela Peridica)

Geometria molecularForma como os tomos numa molcula se orientam no espao. A geometria de uma molcula pode afectar as propriedades fsicas e qumicas, como o ponto de fuso, ebulio, densidade, etc.

O modelo mais simples baseado na estruturas de Lewis: VSEPR (valence shell electron-pair repulsion)Modelo de Repulso dos Pares Electrnicos da Camada de Valncia: a geometria de uma molcula determinada pela minimizao das repulses entre os pares de electres da camada de valncia.

Molculas com tomo central sem pares isolados

Molculas em que o tomo central tem pares isoladosRepulso par isolado- par isolado- par ligante--par isolado -par ligante -par ligante

Momentos dipolares++++____Molculas polares orientam os seus centros de carga na direco do campo elctrico aplicado.F2, O2, etc.. so molculas apolares.HCl, NO, etc.. so molculas polares

Geometria e polaridadeO momento dipolar uma grandeza vectorial e definido como o produto da carga, Q, pela distncia, r, entre as cargas: = Q r1 D = 3.336 10-30 C.mMolcula geometria (D) HFlinear1.92 HBrlinear1.08 H2Oangular1.87 NH3piramidal1.46 SO2angular1.60 CO2linear 0

Ligao metlicaTeoria do electro livre de Drude e Lorentz. Metais: possuem elevada condutibilidade trmica e elctricabrilho considervelmaleabilidade e ductilidade

Recomendaes Finais Utilizem estes slides em conjuntos com as vossa notas da lio!Complementem o vosso estudo com a leitura do Captulo 9 e parte inicial do Captulo 10 do Chang (R.Chang, Qumica, 8 ed., McGraw-Hill, Lisboa, 2005)Resolvam os exerccios da 2 srie!Boa semana!