1 Os três tipos de ligações químicas interatômicas

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1 – Os três tipos de ligações químicas interatômicas

Neste capítulo, estudaremos três importantes grupos de substâncias – as IÕNICAS, as MOLECULARES e as METÁLICAS.

• SUBSTÂNCIAS IÔNICAS: Substâncias que conduzem a corrente elétrica no estado líquido, mas não no estado sólido. Inclui cloreto de lítio, brometo de potássio, cloreto de cálcio, cloreto de sódio, óxido de alumínio e óxido de magnésio.

• SUBSTÂNCIAS MOLECULARES: Substâncias que não conduzem corrente elétrica no estado sólido nem no líquido; também se destacam por apresentares ponto de fusão significativamente mais baixos que as substâncias dos outros dois grupos. Inclui etanol, cloro, água, naftaleno, iodo, glicose.

• SUBSTÂNCIAS METÁLICAS: Substâncias que conduzem corrente elétrica tanto no estado sólido quando no líquido, quanto ao ponto de fusão, essas substâncias são razoavelmente compatíveis às do primeiro grupo. Inclui alumínio, prata, ouro, cobre, ferro e platina.

A união entre átomos é denominada LIGAÇÃO QUÍMICA INTERATÔMICA. Ela pode ser de três tipos: IÔNICA, COVALENTE e METÁLICA.

• IÔNICA, os átomos se unem por LIGAÇÃO IÔNICA;

• MOLECULARES, os átomos se unem por LIGAÇÕES COVALENTES;

• METÁLICAS, os átomos se unem por LIGAÇÕES METÁLICAS.

2 – Os gases nobres e a REGRA DO OCTETO:

2.1 – Gases Nobres (modelo de estabilidade)

Todas as substâncias químicas são formadas por átomos de elementos químicos. Os

cientistas observaram que a imensa maioria das substâncias conhecidas é formada por átomos

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combinados, unidos. Às vezes são átomos de um único elemento, ás vezes de dois ou mais elementos.

Dos milhões de substâncias conhecidas, sabe-se de apenas seis nas quais existem átomos são unidos a outros átomos.

Até hoje não foi descoberta sequer uma substância natural na qual átomos de gases nobres estejam combinadas entre si ou com átomos de outras elementos.

Apenas os GASES NOBRES ( He , Ne , Ar , Kr , Xe , Rn ), nas condições ambiente, apresentam átomos estáveis isolados, isto é, não unidos a outros átomos.

2.2 – A Regra do Octeto

Para entender como funcionam as ligações entre os átomos, é importante analisar a eletrosfera dos gases nobres (tabela 2), uma vez que eles parecem ser a chave para entender a questão.

Distribuição Eletrônica dos Gases Nobre

Gás Nobre K L M N O P

Hélio

2

Neônio

2 8

Argônio

2 8 8

Criptônio

2 8 18 8

Xenônio

2 8 18 18 8

Radônio

2 8 18 32 18 8

William Kossel e Gilbert Newton Lewis propuseram, independentemente, no ano de 1916 uma regra para interpretar a ligação entre3 os átomos, que ficou conhecida como REGRA DO OCTETO DE ELÉTRONS (ou, simplesmente, REGRA DO OCTETO).

Um átomo estará estável quando suas últimas camadas possuir 8 elétrons (ou 2, caso se trate da camada K). Os átomos não estáveis unem-se uns aos outros a fim de adquirir essa configuração de estabilidade.

Os gases nobres formam substâncias em que

átomos não estão unidos a No sal de cozinha há íons Na água há átomos de Na prata há muitos átomos

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3 – Ligação Iônica ou Eletrovalente

• É a única em que ocorre transferência definitiva de elétrons.

• Toda ligação IÔNICA forma um sistema eletricamente NEUTRO, isto é, com carga total igual a ZERO. Para que isso ocorra, é necessário que o total de elétrons cedidos pelos átomos dos metais seja igual ao total de elétrons recebidos pelos átomos dos ametais.

• A atração entre os íons acaba produzindo aglomerados com formas geométricas bem-defindas, denominadas RETÍCULO CRISTALINO.

No retículo cristalino, cada cátion atrai simultaneamente vários ânions e cada ânion também atrai simultaneamente vários cátions. A existência do RETÍCULO CRISTALINO IÔNICO determina as

principais características dos compostos.

1 – IÔNICA OU ELETROVALENTE

2 – COVALENTE OU

MOLECULAR

3 - METÁLICA

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Algumas propriedades de compostos IÔNICOS:

a) Como apresentam forma definida, são SÓLIDOS nas condições ambiente (25

^o

C / 1 atm);

b) Apresentam elevado PFusão/ PEbulição.

c) Quando submetidos a impacto, quebram facilmente, produzindo faces planas; são, portanto, DUROS e QUEBRADIÇOS.

d) Conduzem corrente elétrica quando dissolvidos em água ou quando puros no estado líquido (fundidos) devido à existência de íons com liberdade de movimento, que podem ser atraídos pelos eletrodos, fechando o circuito elétrico.

e) Seu melhor solvente é a água.

• Determinação das FÓRMULAS IÔNICAS

4 – Ligação COVALENTE ou MOLECULAR

Esse tipo de ligação chamada LIGAÇÃO COVALENTE, ocorre entre átomos com TENDÊNCIA de receber elétrons. No entanto, como não é possível que todos recebam elétrons, os átomos envolvidos na ligação apenas COMPARTILHAM um ou mais pares de elétrons da camada de valência, sem “perdê-los” ou “ganhá-los” definitivamente.

Os conjuntos formados através de ligações covalentes apresentam-se como unidades isoladas e de grandeza limitada, chamadas MOLÉCULAS; por isso, a ligação covalente é também chamada LIGAÇÃO MOLECULAR.

Esquematicamente, a ligação covalente pode ser representada assim:

Átomos (A) (B)

Tendência Receber elétrons Receber elétrons

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A LIGAÇÃO COVALENTE pode ocorrer através de um ou mais pares de elétrons e, em função do número de partes entre dois átomos quaisquer, recebe classificação diferentes. Cada par de elétrons entre dois átomos pode ser representado por uma traço (  ). Esta representação é denominada fórmula estrutural de COUPER.

4.1 – A Ligação COVALENTE e a Tabela Periódica

A ligação COVALENTE sempre será encontrada nos seguintes casos:

Conhecendo a posição ocupada pelo Hidrogênio (H), pelos ametais e pelos semimetais na tabela periódica, podemos prever o número de ligações que devem ser feitas para que os elementos atinjam a estabilidade, ou seja, podemos determinar suas valências:

A relação entre a posição na tabela e o

número de ligações é indicada a seguir:

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• Propriedades dos compostos COVALENTES:

a) Em condições ambientes, as substâncias moleculares podem ser encontradas nos três estados físicos:

b) As substâncias moleculares geralmente apresentam PF e PE inferiores aos das substâncias iônicas; quando PURAS, não conduzem corrente elétrica.

c) As substâncias formadas por ligações covalentes, quando no estado sólido, podem apresentar dois tipos de retículo cristalino:

• retículo cristalino MOLECULAR: H

₂

O

_(s)

/ CO

_2(s)

/ C

₁₂

H

₂₂

O

_11(s)

. Neste tipo de retículo, ocorrem interações entre as moléculas que as mantêm unidas.

• retículo cristalino COVALENTE: C

_diam

/ C

_graf

/ SiO

₂

. Neste tipo de retículo, todos os átomos estão unidos por ligações covalentes.

4.2 – Ligação COVALENTE DATIVA ou COORDENADA

A ligação COVALENTES DATIVA é

um tipo de ligação que ocorre

quando um dos átomos envolvidos

já atingiu a estabilidade, com 8

elétrons na camada de valência, e

outro átomo participante necessita

ainda de 2 elétrons para completar

sua camada de valência. O átomo

que já adquiriu estabilidade por

meio de ligações anteriores

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Essa ligação é semelhante à covalente comum por haver um compartilhamento de um par de elétrons: como não existe transferência definitiva de elétrons, não há formação de íons.

A LIGATICÃO DATIVA pode ser indicada por uma seta ( A a B ^).

• A Ligação COVALENTE DATIVA e a Tabela Periódica

Relacionando os elementos das famílias VIIA, VIA, VA e IVA com as ligações covalentes e as possíveis covalentes dativas, podemos montar o esquema a seguir:

4.3 – Algumas exceções ao octeto

Atualmente, os químicos têm conhecimento da existência de muitas moléculas que não obedecem à regra do octeto.

Berílio (Be) e boro (B) aparecem, em algumas moléculas.

Com o octeto incompleto. Apesar de pertencerem a grupos nos quais outros elementos tendem a formar cátions com ligações iônicas, esses dois elementos fazem ligações covalentes. O berílio é frequentemnte encontrado com 4 elétrons na camada de valência, e o boro, com 6.

Note que são 4 elétrons na camada de valência do berílio e 6 na do boro.

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Duas outras exceções ao octeto são alguns compostos de enxofre (S) e de fósforo (P), nas quais eles aparecem com mais de 8 elétrons na camada de valência.

É relativamente comum encontrar o fósforo (P) com 10 elétrons na camada de valência e o enxofre (S) com 12.

Note que são 10 elétrons na camada de valência do fósforo (P) e 12 na do enxofre (S).

Três exceções ainda mais interessantes à regra do octeto são os compostos NO NO ,

₂

e

ClO

2

, em cujas moléculas aparecem átomos com número ímpar de elétrons na camada de valência. Esses três compostos apresentam alta tendência a reagir quimicamente, transformando-se em compostos mais estáveis.

Note que, nestas estruturas, nitrogênio e cloro estão com um elétron desemparelhado, isto é, um elétron sem outro com o qual componha

um par.

Outros modelos mais modernos já foram criados para tentar explicar os casos em que a regra do octeto falha. Entretanto, devido a sua complexidade não serão comentados nesta apostila.

5 – Ligação METÁLICA

Algumas propriedades apresentadas pelos metais são muito diferentes das observadas em outras sustâncias. A maioria dos metais é sólida à temperatura ambiente (25

^o

C) a apresenta cor prateada. As exceções são o MERCÚRIO (Hg) – único metal encontrado no estado líquido, cujo brilho característico é denominado ASPECTO METÁLICO – , o COBRE (Cu) e o OURO (Au), os quais apresentam, respectivamente, cor avermelhada e dourada. Na grande maioria, os metais são bons condutores de calor e de eletricidade, tanto quando se apresentam no estado sólido como quando estão fundidos (líquidos).

Experiências com Raio-X levam a crer que os RETÍCULOS CRISTALINOS nos metais sólidos consistem em um agrupamento de cátions fixos, rodeados por um verdadeiro “mar” de elétrons.

Esses elétrons são provenientes da camada de

valência dos respectivos átomos e não são atraídos

por nenhum núcleo em particular: eles são

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• Algumas propriedades dos METAIS

Nos retículos cristalinos dos metais, cada átomo está circundado por 8 ou 12 outros átomos, isto é, apresentam elevado número de coordenação. Como o conjunto é formado por átomos do mesmo elemento, as atrações são iguais em todas as direções.

Essa estrutura permite explicar duas propriedades características dos metais:

a) MALEABILIDADE: capacidade de

produzir lâminas, chapas muito finas;

b) DUCTIBILIDADE: capacidade de produzir fios.

A alta condutibilidade elétrica dos metais é justificada pela presença do “mar” de elétrons deslocalizados que, quando sujeitos à aplicação de certa voltagem externa, dirigem-se ao pólo positivo dessa fonte externa. Esse movimento de elétrons, na verdade, é o que chamamos de corrente elétrica.