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Química B - Aula 6

Ligações Químicas

Geometria Molecular

Teoria da Repulsão dos pares eletrônicos, desenvolvida na década 1960:

``Os pares de elétrons ao redor do átomo central distribuem-se no espaço de tal forma que a repulsão entre eles é a menor possível, garantindo maior estabilidade".

Os pares de elétrons podem ou não fazer parte de ligações. Quando os elétrons são ligantes, os pares podem constituir ligações simples, duplas, triplas ou dativas.

As posições relativas dos átomos ligantes são dadas pela disposição de todos os pares de elétrons, mas a geometria da molécula é considerada apenas pela posição relativa de seus núcleos.

Exemplos

Figura 40.1: O gás carbônico ($CO_2$) apresenta geometria molecular linear, distribuição espacial dos pares eletrônicos linear.
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\epsfig{file=qb/06/co2.eps,width=150pt}
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Figura 40.2: O composto $SO_3$ apresenta geometria molecular é trigonal plana, distribuição espacial dos pares eletrônicos triangular.
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\epsfig{file=qb/06/so3.eps,width=150pt}
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Figura 40.3: A água ($H_2O$) apresenta geometria molecular angular, distribuição dos pares de elétrons tetraédrica.
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\epsfig{file=qb/06/h2o.eps,width=150pt}
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Figura 40.4: O metano ($CH_4$) apresenta geometria molecular tetraédrica e distribuição dos pares eletrônicos tetraédrica.
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\epsfig{file=qb/06/ch4.eps,width=150pt}
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Figura 40.5: O $PCl_5$ apresenta geometria molecular bipirâmide trigonal e possui 5 átomos ligantes.
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\epsfig{file=qb/06/pcl5.eps,width=150pt}
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Forças Intermoleculares

As substâncias moleculares podem ser encontradas nos três estados físicos, o que nos leva a concluir que, entre as moléculas, existem forças de atração de diferentes intensidades. A essas forças damos o nome de forças intermoleculares, elas podem ser de dois tipos:

Forças de Van der Waals

São forças de fraca intensidade que se classificam em dipolo-dipolo e dipolo instantâneo-dipolo induzido.

A polaridade da ligação apresenta uma direção, um sentido e uma intensidade, podendo ser representada por um vetor ($\vec{p}$ : vetor momento dipolo), este vetor se orienta sempre no sentido do pólo negativo para o positivo. Para moléculas com mais de dois átomos, conhecendo-se a geometria molecular, é possível determinar se a molécula apresenta dipolo, ou seja, se na molécula há distribuição desigual de carga negativa e positiva. Essa determinação é feita levando-se em conta os vetores momento de cada ligação. Conforme tenham ou não dipolo elétrico, as moléculas são classificadas em polares ou apolares, respectivamente.

Exemplos

$CO_2$ é apolar ( $\vec{p}=\vec{0}$). Veja a simetria da molécula na Fig. 40.1.

$H_2O$ é polar ( $\vec{p}\neq\vec{0}$). Veja a assimetria da molécula na Fig. 40.3.

Forças de Van der Waals dipolo-dipolo

Este tipo de interação ocorre entre moléculas polares.

Exemplo

A molécula ${}^{\delta +}HCl^{\delta -}$.

A formação do dipolo ocorre devido à diferença de eletronegatividade entre o hidrogênio e o cloro. A extremidade negativa de uma molécula atrai a extremidade positiva da molécula vizinha. Esse tipo de atração é o mesmo que ocorre na ligação iômica, mas com intensidade bem menor.

Forças de Van der Waals dipolo instâneo-dipolo induzido

São forças de atração que aparecem nas substâncias formadas por moléculas apolares, no estado sólido ou líquido. A nuvem eletrônica nas moléculas apolares é uniforme, não aparecendo cargas. Essa nuvem pode sofrer deformação por ação externa, ou flutuações estatísticas (colisões), ou com o aumento da pressão e diminuição de temperatura, provocando, então, uma distribuição desigual de cargas, o que faz com que surja um dipolo temporário. O dipolo instantâneo induz a polarização da molécula vizinha, resultando uma ação fraca entre elas. Esse tipo de interação também é chamado de força de London, em homenagem ao cientista Fritz London (1900-1957), que elaborou todo o desenvolvimento teórico.

Pontes de Hidrogênio

As pontes de hidrogênio são casos particulares da interação dipolo-dipolo, em que o dipolo molecular é fixo e de grande intensidade. Esse fenômeno ocorre quando o hidrogênio está ligado à um dos três elementos mais eletronegativos - flúor, oxigênio e nitrogênio - pois a diferença de eletronegatividade entre o hidrogênio e esses elementos é muito grande.

Exemplo

A água $H_2O$ é uma molécula muito polarizada (polar) e as pontes de hidrogênio produzem força suficiente para manter as moléculas unidas no estado líquido. Veja a Fig. 40.3.

Para Aprender Mais!

Tensão superficial é uma propriedade que faz com que uma superfície líquida se comporte como uma película elástica. Esta propriedade ocorre com todos os líquidos e é observada com maior intensidade na água. As moléculas no interior do líquido mantêm-se unidas pelas forças de atração, que ocorrem em todas as direções. As moléculas da superfície, no entanto, sofrem apenas atração lateral e inferior, que geram a tensão superficial, criando uma película elástica. Quanto mais intensas as forças de atração, maior será a tensão superficial.

Você Sábia?

Os icebergs são massa de gelo flutuante que geralmente se desprende numa geleira polar e, portanto, são constituídos por água doce. Eles flutuam por que a densidade da água sólida é menor do que a da água líquida. Na água líquida, as moléculas estão unidas por pontes de hidrogênio e dispostas de forma menos organizada do que no estado sólido. Neste estado, a organização é maior, formando estruturas hexagonais tridimensionais, mais espaçadas, que diminuem a densidade, permitindo assim que o gelo flutue sobre a água. Esta propriedade explica também a quebra de garrafa de bebidas esquecidas no congelador.

Forças Intermoleculares e Ponto de Ebulição

: O importante fator que influencia o ponto de ebulição de uma substância é o tamanho da molécula, pois quanto maior a molécula, mais fácil a ocorrência de distorção da nuvem eletrônica; conseqüentemente, mais fácil a formação de pólos, ou seja, a medida que o tamanho da molécula aumenta (aumento da massa molecular), o ponto de ebulição também deve aumentar. OBS: Na passagem do estado liquido para o gasoso ocorre uma separação das moléculas assim, quanto maior a atração entre as moléculas no liquido, maior será o ponto de ebulição. Quanto maior a molécula mais fácil é a formação de pólos.

Pense um Pouco!

Exercícios de Aplicação


1. Qual dessas ligações é mais fraca?
a) eletrovalente
b) covalente
c) ponte de hidrogênio
d) Van der Waals
e) iônica


2. (Acafe-SC) Cada molécula de água é capaz de efetuar, no máximo:
a) 5 pontes de hidrogênio.
b) 2 pontes de hidrogênio.
c) 4 pontes de hidrogênio.
d) 1 pontes de hidrogênio.
e) 3 pontes de hidrogênio.


3. (UFSM-RS) Dentre os compostos abaixo:
I. $H_3C$-$CH_2$-$O$-$CH_3$
II. $H_3C$-$CH_2$-$NH_2$
III. $H_3C$-$CH_2$-$OH$
Apresentam pontes de Hidrogênio entre suas moléculas:
a) apenas I
b) apenas II
c) apenas I e III
d) apenas II e III
e) I, II e III

Exercícios Complementares


4. (UEFS - BA) Por ação de energia, o hidrogênio doatômico se dissocia de acordo com a equação: $H$- $H(g)\rightarrow 2H(g)$. Nesta dissociação, ocorre rompimento de ligação química do tipo:
a) ponte de hidrogênio.
b) de Van der Waals.
c) metálica
d) iônica
e) covalente


5. (ITA-SP) Os hidretos do tipo $H_2X$ dos elementos da família do oxigênio são todos gasosos em condições ambientais, com exceção do hidreto de oxigênio. Esta situação é conseqüência:
a) da baixa massa molecular da água
b) das ligações covalentes
c) das pontes de hidrogênio entre as moléculas
d) do fato de o oxigênio ter o maior raio atômico dessa família
e) do fato de que o gelo é menos denso que a água líquida


6. Dentre as seguintes substâncias, qual apresenta pontes de hidrogênio entre as moléculas?
a) metano ($CH_4$)
b) clorofórmio ($CHCl_3$)
c) benzeno ($C_6H_6$).
d) Éter-etílico ($H_2C_2$-$O$-$C_2H_5$)
e) Água ($H_2O$)


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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