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Química A - Aula 4

Ligações Químicas

Como consequência da tendência dos átomos de formar sistemas eletrônicos estáveis, pela doação ou recebimento de elétrons, os átomos se unem.

Existem três tipos de ligações químicas;

  1. Iônica;
  2. Metálica;
  3. Covalente.

Ligação Iônica ou Eletrovalente

A ligação iônica ocorre quando um metal se liga a um não metal ou ao hidrogênio. O metal doa elétrons formando o cátion. O não-metal ou o hidrogênio recebe elétrons formando um ânion.

A consequência da atração entre os íons positivos (cátions) e negativos (ânions) é um agrupamento organizado de íons, a que chamamos de cristal iônico.

Figura 30.1: rut
\begin{figure}\begin{center}
\epsfig{file=qa/04/image7.eps,width=150pt}
\par
{\...
...r
{\it (b)}Arranjo Atômico de um Cristal Iônico.
\par\end{center}\end{figure}

O cristal iônico é representado por uma fórmula mínima, ou seja, o número mínimo de cátions e ânions necessários para que ambas as cargas sejam neutralizadas. Por exemplo a Fórmula Mínima do sal de cozinha é dada por:

\begin{displaymath}
Na Cl
\end{displaymath}

Esta estrutura de alta coesão de natureza elétrica confere ao composto iônico alto ponto de fusão. No estado sólido não conduz eletricidade. Isso só ocorre se os íons estiverem livres, em solução aquosa ou no estado fundido (líquido).

Montamos uma fórmula de composto iônico colocando à esquerda o cátion e a direita o ânion. Verificamos se as cargas positiva e negativa se anulam. Se as cargas se anularem, a fórmula será de um cátion para um ânion. Caso as cargas se anulem, usaremos o seguinte artifício: invertemos a carga do cátion para índice do ânion e a carga do ânion para índice do cátion:


\begin{displaymath}
A^{x+}B^{y-}\rightarrow A_yB_x
\end{displaymath}

Características da Ligação Iônica

Ligação Metálica

Ocorre entre metais. Como sabemos, um metal tem tendência de doar elétrons formando cátions. A ligação metálica ocorre quando muitos átomos de um metal perdem elétrons ao mesmo tempo, e os cátions formados se estabilizam pela "nuvem'' de elétrons que fica ao redor.

Analisando um fio de cobre, excelente condutor de eletricidade e calor, encontraremos nos elétrons livres que o material apresenta a explicação desta condutibilidade. Os "n'' átomos de cobre cedem seus elétrons periféricos e se tornam cátions envoltos por muitos elétrons livres.

Ligação Covalente ou Molecular

Ligação covalente é aquela formada como consequência do compartilhamento de elérons entre seus átomos.

Haverá formação de uma molécula, no sentido em que os átomos se unem como "socios'' dos mesmos elétrons.

Por exemplo: o cloro apresenta 7 elétrons na última camada quando realizada a ligação covalente forma $HCl$.

O par compartilhado é formado por dois elétrons, um de cada átomo, compartilhado por ambos os átomos.

Figura 30.2: Par Eletrônico Compartilhado.
\begin{figure}\begin{center}
\epsfig{file=qa/04/image9.eps,width=150pt}
\end{center}
\end{figure}

Ambos adquirem configuração eletrônica estável de gás nobre.

Representação Molecular

Há diferentes maneiras de representar uma molécula. Tomemos a molécula de gás oxigênio, formada por dois átomos de oxigênio.

Ligação Dativa ou Coordenada

É o caso de ligação covalente que ocorre quando o par de elétrons compartilhado entre dois átomos provém apenas de um deles.

Para que o átomo possa fazer uma ligação coordenada ele tem que possuir pares de elétrons livres.

A ligação coordenada é indicadapor uma seta do átomo que oferece o par de elétrons para o átomo que o aceita.

O número máximo de ligações coordenadas que os não-metais podem oferecer é:

No caso do monóxido de carbono, temos um bom exemplo: o oxigênio faz uma ligação dativa com o carbono, isto é, compartilha coordenadamente com ele seus pares eletrônicos. Conforme podemos ver na Fig. (30.3):

Figura 30.3: Ligação Dativa do $CO$.
\begin{figure}\begin{center}
\epsfig{file=qa/04/image10.eps,width=150pt}
\end{center}
\end{figure}

Orbitais Moleculares

Para visualizarmos melhor as ligações covalentes (átomos formando moléculas), estudaremos as ligações sob o ponto de vista dos orbitais atômicos formando orbitais moleculares.

Orbital molecular é a região em torno dos núcleos de maior probabilidade de ser encontrado o par eletrônico compartilhado.

Há dois tipos de orbital molecular:

Orbital Molecular $\sigma$ (sigma), ou simplismente ligação $\sigma$, é aquele formado na interpenetração de orbitais atômicos segundo um eixo.

Orbital Molecular $\pi$, ou simplismente ligação $\pi$, é aquele formado na interpenetração de orbitais atõmicos $p$ exclusivamente segundo os eixos paralelos.

Exemplo

$H_2$ (molécula $H : H$ ou $H - H$)

O hidrogênio apresenta apenas um elétron no orbital $s$, que sabemos ser esférico: $1s^1$, e precisa de mais um elétron para adquirir estabilidade.

Quando ocorre a aproximação de outro átomo de hidrogênio, o núcleo positivo de um atrai a eletrosfera do outro.

Figura 30.4: Dois átomos de $H$.
\begin{figure}\begin{center}
\epsfig{file=qa/04/image11.eps,width=150pt}
\end{center}
\end{figure}

Como consequência dessa atração, teremos a aproximação resultando numa interpenetração de orbitais chamada overlap.

Overlap é a interpenetração dos orbitais atõmicos formando um orbital molecular.

Na formação do overlap há uma distância ideal entre os núcleos de cada átomo, onde a repulsão das cargas de memsmo sinal compensa a atração das cargas de sinais diferentes.

Figura 30.5: Overlap.
\begin{figure}\begin{center}
\epsfig{file=qa/04/image12.eps,width=150pt}
\end{center}
\end{figure}

No caso do $H_2$, $H - H$, temos orbital $\sigma(s - s)$. A notação $\sigma(s - s)$ significa orbital molecular $\sigma$ feito através de dois orbitais atômicos do tipo $s$.

Pense um Pouco!

Exercícios de Aplicação


1. (ACAFE) O grupo de átomos que é encontrado na forma monoatômica pelo fato de serem estáveis são
a) Halogênios
b) Calcogênios
c) Metais Alcalinos Terrosos
d) Metais Alcalinos
e) Gases Nobres


2. (ACAFE) O propadieno $(H_2C = C = CH_2)$ apresenta respectivamente quantas ligações sigmas e ligações pi?
a) 6 e 2
b) 2 e 2
c) 4 e 2
d) 4 e 0
e) 0 e 4


3. (ACAFE) Incrível, mas $15\%$ dogás metano existente na atmosfera provém do arroto dos bois, vacas, cabras e carneiros, contribuindo para o efeito estufa (aquecimento atmosférico). Assinale a alternativa que descreve os tipos de ligações químicas encontradas neste gás:
a) 2 iônicas e 2 covalentes
b) 2 ligações dativas
c) 4 ligações duplas
d) 2 sigmas e 2 pi
e) 4 ligações sigmas

Exercícios Complementares


4. (ACAFE-99) Um metal alcalino terroso (M) apresenta dois elétrons na sua camada de valência. A alternativa que indica a fórmula de um óxido e de cloreto desse metal, respectivamente é:
a) $M_2O - M_2Cl$
b) $M_2O - MCl$
c) $MO_2 - MCl_2$
d) $MO - MCl_2$
e) $MO - MCl_4$


5. (UFSC) Na molécula $H - O - O - H$, existe:
a) nenhuma ligação iônica
b) três ligações covalentes
c) três ligações sigmas
d) três ligações iônicas
e) duas ligações metálicas


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Professor Luciano Camargo Martins
Grupo de Dinâmica Não Linear e Sistemas Dinâmicos Não Lineares
Departamento de Física
Joinville-SC, Brasil
e-mail: dfi2lcm@joinville.udesc.br
página pessoal: www.lccmmm.hpg.com.br