Teoria das Ligações Químicas

Teoria das Ligações Químicas

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS

INSTITUTO DE QUÍMICA E BIOTECNOLOGIA

TEORIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS – 2009/2 – Introdução

As propriedades observáveis de átomos, moléculas e íons isolados são explicadas com sucesso pela mecânica quântica - as propriedades das substâncias são determinadas em grande parte pelas ligações químicas que mantém seus átomos unidos. A mecânica quântica nos fornece uma teoria uniformizante, pela qual podemos compreender a existência, estabilidade e reações de centenas de milhares de compostos conhecidos pelos químicos.

Embora a matemática seja um obstáculo à utilização precisa da mecânica quântica, a teoria permite refinar e utilizar mais sensatamente os esquemas existentes de ligação química.

1.1 – O Que É Uma Molécula?

É um aglomerado de átomos que possuem propriedades distintas e características.

É uma definição bem geral pelo simples fato de que ela não nos diz que propriedades serão medidas, quantos átomos existem neste aglomerado, não diz em condições a molécula deve existir, não diz se a molécula deve ser neutra e não esclarece se a molécula para existir requer estabilidade e reatividade.

1.2 – Por Que As Reações Químicas Ocorrem?

Ocorrem porque os átomos ao se combinarem atingem sistemas de menores energias. As ligações químicas podem se formar somente se a energia potencial dos elétrons e núcleos diminuir quando os átomos se aproximam um dos outros.

2 – As Ligações Químicas

As Ligações químicas podem ser agrupadas em três tipos:

- Ligação iônica;

- Ligação covalente entre pares de elétrons; Ligação covalente deslocalizada;

- Ligação metálica.

2.1 – Ligação Iônica:

Refere-se às forças eletrostáticas que existem entre íons de cargas de sinais contrários. Os íons devem ser formados a partir de átomos pela transferência de um ou mais elétrons de um átomo para outro. As substâncias iônicas geralmente são resultantes da interação de metais do lado esquerdo da tabela periódica com não metais do lado direito.

A figura seguinte mostra algumas substâncias iônicas.

2.2 – Ligação Covalente:

A ligação covalente resulta do compartilhamento de elétrons entre dois átomos. Os exemplos mais familiares de ligação covalente são vistos nas interações entre elementos não metálicos.

A figura seguinte mostra algumas substâncias covalentes.

2.3 – Ligações Metálicas:

As ligações metálicas são encontradas em metias como cobre, ferro, alumínio entre outros. Nesses metais cada átomo está ligado a vários átomos vizinhos.Os elétrons estão relativamente livres para mover-se pela estrutura tridimensional do metal. As ligações metálicas dão origem a tais propriedades metálicas como altas condutividades elétricas e brilho.

A figura seguinte mostra algumas substâncias metálicas.

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3 – A Teoria da Valência: Os Elétrons de Valência e a Regra do Octeto

A teoria nos diz que os átomos a se combinarem atingem configurações semelhantes aos gases nobres. A estabilidade eletrônica é alcançada e a espécie formada é eletricamente estável.

Os elétrons de valência são os mais externos que participam das ligações químicas, ou seja os localizados no nível incompleto mais externo de um átomo. O químico americano G. N. Lewis (1875 – 1946) sugeriu uma maneira simples de mostrar os elétrons de valência dos átomos e seguir o rastro deles durante a formação da ligação, usando o que conhecemos hoje como símbolos de pontos elétrons ou simplesmente símbolos de Lewis. O símbolo de Lewis para um elemento químico consiste do símbolo químico do elemento mais um ponto para cada elétron de valência. Por exemplo, o oxigênio tem configuração 1s22s22px22py12pz1 e , portanto com seis elétrons de valência:

O

Os pontos são colocados nos quatro lados do símbolo atômico: acima, abaixo e dos lados direito e esquerdo. Cada lado pode acomodar até dois elétrons. Todos os lados do símbolo são equivalentes; a colocação de dois elétrons em um lado e um elétron no outro é arbitrária.

Podem-se dividir os elétrons de um átomo em dois grupos os elétrons de valência, que participam das ligações entre os átomos, e o dos elétrons internos que estão confinados a regiões muito próximas ao núcleo e, portanto não fazem parte das ligações. Assim, o lítio tem um elétron de valência, o berílio tem dois, o boro tem três e assim por diante.

A regra do octeto nos diz que os átomos tendem a ganhar, perder ou compartilhar elétrons até que eles estejam circundados por oito elétrons,em termos de símbolos de Lewis um octeto, com exceção do hidrogênio, com dois elétrons, um dueto.

Um octeto de elétrons constitui-se de subníveis s e p completos em um átomo. Em termos de símbolos de Lewis, um octeto pode ser definido como quatro elétrons de valência distribuídos ao redor do átomo, como na configuração para o [Ne], [He] 2s22p6. Existem muitas exceções à regra do octeto, mas ela fornece uma estrutura útil para introduzir muitos conceitos importantes de ligação química. A tabela seguinte nos mostra os elementos do primeiro e segundo períodos com seus respectivos símbolos de Lewis.

Exemplo Ilustrativo 1

Quantos elétrons de valência um átomo de nitrogênio possui?

N, com Z = 7 1s2, 2s2, 2px1, 2py1, 2pz1 Resp.: 5,

Exercício 1

Um átomo tem a configuração eletrônica 1s2, 2s2, 2px2, 2py2, 2pz2, 3s2,3p2. Quantos elétrons de valência ele tem?

Exercício 2

Quantos elétrons um átomo de enxofre deve ganhar para atingir um octeto em seu nível de valência?

Exercício 3

Se um átomo tem a configuração 1s2, 2s2, 2px2, 2py2, 2pz2, 3s2, 3p1, quantos elétrons ele deve ganhar para atingir um octeto em seu nível de valência?

Exercício 4

Escreva a configuração eletrônica para o fósforo, com Z=15. Identifique um elétron de valência nessa configuração e um elétron que não seja de valência.

Exemplo Ilustrativo 2

Escreva o símbolo de Lewis para o Ca, com z = 20 e B, com z = 5.

1s2, 2s2, 2px1, 2py1, 2pz1

1s2, 2s2, 2px1, 2py1, 2pz1

Resp.: Ca ; B

Exercício 5

Escreva os símbolos de Lewis para um dos seguintes átomos: P, com z =15; Ne, com z = 10; Al, com z = 13.

Exemplo Ilustrativo 3

Use os símbolos de Lewis para representar a reação que ocorre entre Mg e o O.

Resp.

Mg + O O Mg

Exercício 6

Use os símbolos de Lewis para representar a reação que ocorre entre o Sr e o Cl.

Exemplo Ilustrativo 4

Ao reagir com o cloro, o elemento potássio perde somente um elétron por átomo, ao passo que o cálcio perde dois. Explicar a causa disso.

Resp.: K, com z = 19 1s2, 2s2, 2px6, 3s2, 3p6, 4s1 com um elétron de valência

Cl, com z = 17 1s2, 2s2, 2px6, 3s2, 3p5 com sete elétrons de valência

Ca, com z = 20 1s2, 2s2, 2px6, 3s2, 3p6, 4s2 com dois elétrons de valência

Exercício 7

Ao reagir com metais, o elemento bromo aceita um elétron para formar o íon Br-. Desse modo, temos substâncias iônicas comuns como KBr ou CaBr2. Não encontramos compostos como K2Br ou CaBr. Explicar a causa disso.

Exercício 8

Escreva a configuração eletrônica para cada um dos seguintes íons e indique quais possuem configuração de gás nobre: a – Sr+2; b – Ti+2; c – Se-2; d – Br-; f – Mn+2

LIGAÇÃO QUÍMICA – UFAL PARTE 1

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