ligações qmc brown
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aula ligacoes quimicasTRANSCRIPT
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Captulo 08 2005 by Pearson Education
CapCaptulo 8tulo 8Conceitos bConceitos bsicos de ligasicos de ligao o
ququmicamica
QUQUMICAMICAAA CinciaCincia Central Central
99 EdiEdioo
David P. WhiteDavid P. White
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Ligao qumica: a fora atrativa que mantm dois ou mais tomos unidos.
Ligao covalente: resulta do compartilhamento de eltrons entre dois tomos. Normalmente encontrada entre elementos no-metlicos.
Ligao inica: resulta da transferncia de eltrons de um metalpara um no-metal.
Ligao metlica: a fora atrativa que mantm metais puros unidos.
LigaLigaes ques qumicas, smicas, smbolos mbolos de Lewis e a regra do octetode Lewis e a regra do octeto
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Smbolos de Lewis Para um entendimento atravs de figuras sobre a localizao dos
eltrons em um tomo, representamos os eltrons como pontos ao redor do smbolo do elemento.
O nmero de eltrons disponveis para a ligao indicado porpontos desemparelhados.
Esses smbolos so chamados smbolos de Lewis. Geralmente colocamos os eltrons nos quatro lados de um
quadrado ao redor do smbolo do elemento.
LigaLigaes ques qumicas, smicas, smbolos mbolos de Lewis e a regra do octetode Lewis e a regra do octeto
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Smbolos de Lewis
LigaLigaes ques qumicas, smicas, smbolos mbolos de Lewis e a regra do octetode Lewis e a regra do octeto
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A regra do octeto Todos os gases nobres, com exceo do He, tm uma configurao
s2p6. A regra do octeto: os tomos tendem a ganhar, perder ou
compartilhar eltrons at que eles estejam rodeados por 8 eltronsde valncia (4 pares de eltrons).
Cuidado: existem vrias excees regra do octeto.
LigaLigaes ques qumicas, smicas, smbolos mbolos de Lewis e a regra do octetode Lewis e a regra do octeto
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Considere a reao entre o sdio e o cloro:Na(s) + Cl2(g) NaCl(s) Hf = -410,9 kJ
LigaLigao inicao inica
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A reao violentamente exotrmica. Inferimos que o NaCl mais estvel do que os elementos que o
constituem. Por qu? O Na perdeu um eltron para se transformar em Na+ e o cloro
ganhou o eltron para se transformar em Cl. Observe: Na+ tem a configurao eletrnica do Ne e o Cl tem a configurao do Ar.
Isto , tanto o Na+ como o Cl tm umocteto de eltrons circundando o on central.
LigaLigao inicao inica
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O NaCl forma uma estrutura muito regular na qual cada on Na+ circundado por 6 ons Cl.
Similarmente, cada on Cl circundado por seis ons Na+. H um arranjo regular de Na+ e Cl em 3D. Observe que os ons so empacotados o mais prximo possvel. Observe que no fcil encontrar uma frmula molecular para
descrever a rede inica.
LigaLigao inicao inica
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LigaLigao inicao inica
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Energias envolvidas na formao da ligao inica
A formao de Na+(g) e Cl(g) a partir de Na(g) e Cl(g) endotrmica.
Por que a formao de Na(s) exotrmica? A reao NaCl(s) Na+(g) + Cl(g) endotrmica (H = +788
kJ/mol). A formao de uma rede cristalina a partir dos ons na fase gasosa
exotrmica:Na+(g) + Cl(g) NaCl(s) H = 788 kJ/mol
LigaLigao inicao inica
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Energias envolvidas na formao da ligao inica
Energia de rede: a energia necessria para separar completamente um mol de um composto slido inico em ons gasosos.
A energia de rede depende das cargas nos ons e dos tamanhos dosons:
uma constante (8,99 x 109 J m/C2), Q1 e Q2 so as cargas nas partculas e d a distncia entre seus centros.
dQQEl 21=
LigaLigao inicao inica
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Energias envolvidas na formao da ligao inica
A energia de rede aumenta medida que: As cargas nos ons aumentam A distncia entre os ons diminui
LigaLigao inicao inica
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LigaLigao inicao inica
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Configuraes eletrnicas deons dos elementos representativos
Esses so derivados da configurao eletrnica dos elementos com o nmero necessrio de eltrons adicionados ou removidos do orbital mais acessvel.
As configuraes eletrnicas podem prever a formao de on estvel: Mg: [Ne]3s2 Mg+: [Ne]3s1 no estvel Mg2+: [Ne] estvel Cl: [Ne]3s23p5 Cl: [Ne]3s23p6 = [Ar] estvel
LigaLigao inicao inica
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ons de metais de transio As energias de rede compensam a perda de at trs eltrons. Em geral, os eltrons so removidos dos orbitais em ordem
decrescente de n (i.e. os eltrons so removidos do 4s antes do 3d).
ons poliatmicos Os ons poliatmicos so formados quando h uma carga global
em um composto contendo ligaes covalentes. Por exemplo, g. SO42, NO3.
LigaLigao inicao inica
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Quando dois tomos similares se ligam, nenhum deles quer perder ou ganhar um eltron para formar um octeto.
Quando tomos similares se ligam, eles compartilham pares de eltrons para que cada um atinja o octeto.
Cada par de eltrons compartilhado constitui uma ligao qumica. Por exemplo: H + H H2 tem eltrons em uma linha conectando
os dois ncleos de H.
LigaLigao covalenteo covalente
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LigaLigao covalenteo covalente
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Estruturas de Lewis As ligaes covalentes podem ser representadas pelos smbolos de
Lewis dos elementos:
Nas estruturas de Lewis, cada par de eltrons em uma ligao representado por uma nica linha:
Cl + Cl Cl Cl
Cl Cl H F H OH
H N HH
CHH
HH
LigaLigao covalenteo covalente
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Ligaes mltiplas possvel que mais de um par de eltrons seja compartilhado entre
dois tomos (ligaes mltiplas): Um par de eltrons compartilhado = ligao simples (H2); Dois pares de eltrons compartilhados = ligao dupla (O2); Trs pares de eltrons compartilhados = ligao tripla (N2).
Em geral, a distncia entre os tomos ligados diminui medida queo nmero de pares de eltrons compartilhados aumenta.
H H O O N N
LigaLigao covalenteo covalente
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Em uma ligao covalente, os eltrons esto compartilhados. O compartilhamento de eltrons para formar uma ligao covalente
no significa compartilhamento igual daqueles eltrons. Existem algumas ligaes covalentes nas quais os eltrons esto
localizados mais prximos a um tomo do que a outro. O compartilhamento desigual de eltrons resulta em ligaes
polares.
Polaridade da ligaPolaridade da ligao e o e eletronegatividadeeletronegatividade
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Eletronegatividade Eletronegatividade: a habilidade de um tomo de atrair eltrons
para si em certa molcula . Pauling estabeleceu as eletronegatividades em uma escala de 0,7
(Cs) a 4,0 (F). A eletronegatividade aumenta:
ao logo de um perodo e ao descermos em um grupo.
Polaridade da ligaPolaridade da ligao e o e eletronegatividadeeletronegatividade
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Polaridade da ligaPolaridade da ligao e o e eletronegatividadeeletronegatividade
Eletronegatividade
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Eletronegatividade e polaridade de ligao
A diferena na eletronegatividade entre dois tomos uma medida da polaridade de ligao: as diferenas de eletronegatividade prximas a 0 resultam em
ligaes covalentes apolares (compartilhamento de eltrons igual ou quase igual);
as diferenas de eletronegatividade prximas a 2 resultam emligaes covalentes polares (compartilhamento de eltrons desigual);
as diferenas de eletronegatividade prximas a 3 resultam emligaes inicas (transferncia de eltrons).
Polaridade da ligaPolaridade da ligao e o e eletronegatividadeeletronegatividade
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Eletronegatividade e polaridade de ligao
No h distino acentuada entre os tipos de ligao. A extremidade positiva (ou polo) em uma ligao polar
representada por + e o polo negativo por -.
Polaridade da ligaPolaridade da ligao e o e eletronegatividadeeletronegatividade
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Momentos de dipolo Considere HF:
A diferena de eletronegatividade leva a uma ligao polar. H mais densidade eletrnica no F do que no H. Uma vez que h duas extremidades diferentes da molcula,
chamamos o HF de um dipolo. O momento de dipolo, , a ordem de grandeza do dipolo:
onde Q a grandeza das cargas. Os momentos de dipolo so medidos em debyes (D).
Qr=
Polaridade da ligaPolaridade da ligao e o e eletronegatividadeeletronegatividade
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Tipos de ligao e nomenclatura O nome do elemento mais eletronegativo termina em eto e, em
geral, vem antes no nome, seguido do prefixo de. O elemento menos eletronegativo recebe o nome em seguida. Os compostos inicos recebem seus nomes de acordo com seus
ons, inclusive a carga no ction de sua varivel. Os compostos moleculares recebem seus nomes com prefixos.
Polaridade da ligaPolaridade da ligao e o e eletronegatividadeeletronegatividade
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Tipos de ligao e nomenclatura
Trixido de dicloroCl2O3xido demangans(III)
Mn2O3
Difluoreto de oxignioOF2Fluoreto de ferro(II)FeF2
Sulfeto de hidrognioH2SHidreto de magnsioMgH2
MolecularInica
Polaridade da ligaPolaridade da ligao e o e eletronegatividadeeletronegatividade
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1. Some os eltrons de valncia de todos os tomos.2. Escreva os smbolos para os tomos a fim de mostrar quais
tomos esto ligados entre si e una-os com uma ligao simples. Complete o octeto dos tomos ligados ao tomo central. Coloque os eltrons que sobrarem no tomo central. Se no existem eltrons suficientes para dar ao tomo central um
octeto, tente ligaes mltiplas.
Desenhando as estruturas Desenhando as estruturas de Lewisde Lewis
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Carga formal possvel desenhar mais de uma estrutura de Lewis obedecendo-
se a regra do octeto para todos os tomos. Para determinar qual estrutura mais razovel, usamos a carga
formal. A carga formal a carga que um tomo teria em uma molcula
se todos os outros tomos tivessem a mesma eletronegatividade.
Desenhando as estruturas Desenhando as estruturas de Lewisde Lewis
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Carga formal Para calcular a carga formal:
Todos os eltrons no compartilhados (no-ligantes) so atribudos ao tomo no qual esto localizados.
Metade dos eltrons ligantes atribuda a cada tomo em uma ligao.
A carga formal : os eltrons de valncia o nmero de ligaes os eltrons de um
nico par
Desenhando as estruturas Desenhando as estruturas de Lewisde Lewis
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Carga formal Considere:
Para o C: Existem 4 eltrons de valncia (pela tabela peridica). Na estrutura de Lewis, existem 2 eltrons no-ligantes e 3 da
ligao tripla. H 5 eltrons pela estrutura de Lewis. Carga formal: 4 - 5 = -1.
C N
Desenhando as estruturas Desenhando as estruturas de Lewisde Lewis
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Carga formal Considere:
Para o N: Existem 5 eltrons de valncia. Na estrutura de Lewis, existem 2 eltrons no-ligantes e 3 da ligao tripla.
H 5 eltrons pela estrutura de Lewis. Carga formal = 5 - 5 = 0.
Escrevemos:
C N
C N
Desenhando as estruturas Desenhando as estruturas de Lewisde Lewis
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Carga formal A estrutura mais estvel tem:
a carga formal mais baixa em cada tomo, a carga formal mais negativa nos tomos mais eletronegativos.
Estruturas de ressonncia Algumas molculas no so bem representadas pelas estruturas de
Lewis. Normalmente, as estruturas com ligaes mltiplas podem ter
estruturas similares s ligaes mltiplas entre diferentes pares de tomos.
Desenhando as estruturas Desenhando as estruturas de Lewisde Lewis
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Estruturas de ressonncia Exemplo: experimentalmente, o oznio tem duas ligaes
idnticas, ao passo que a estrutura de Lewis requer uma simples (mais longa) e uma ligao dupla (mais curta).
OO
O
Desenhando as estruturas Desenhando as estruturas de Lewisde Lewis
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Estruturas de ressonncia
Desenhando as estruturas Desenhando as estruturas de Lewisde Lewis
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Estruturas de ressonncia As estruturas de ressonncia so tentativas de representar uma
estrutura real, que uma mistura entre vrias possibilidades extremas.
Desenhando as estruturas Desenhando as estruturas de Lewisde Lewis
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Estruturas de ressonncia Exemplo: no oznio, as possibilidades extremas tm uma ligao
dupla e uma simples. A estrutura de ressonncia tem duas ligaes idnticas de carter intermedirio.
Exemplos comuns: O3, NO3-, SO42-, NO2 e benzeno.
OO
O OO
O
Desenhando as estruturas Desenhando as estruturas de Lewisde Lewis
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Ressonncia no benzeno O benzeno consiste de seis tomos de carbono em um anel
hexagonal. Cada tomo de C est ligado a dois outros tomos de C e um tomo de hidrognio.
Existem ligaes simples e duplas alternadas entre os tomos de C.
A estrutura experimental do benzeno mostra que todas as ligaesC-C tm o mesmo comprimento.
Da mesma forma, sua estrutura mostra que o benzeno plano.
Desenhando as estruturas Desenhando as estruturas de Lewisde Lewis
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Ressonncia no benzeno Escrevemos as estruturas de ressonncia para o benzeno de tal
forma que haja ligaes simples entre cada par de tomos de C eos seis eltrons adicionais estejam deslocalizados por todo o anel:
O benzeno pertence a uma categoria de molculas orgnicas chamada de compostos aromticos (devido ao seu cheiro).
Desenhando as estruturas Desenhando as estruturas de Lewisde Lewis
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Existem trs classes de excees regra do octeto: molculas com nmero mpar de eltrons; molculas nas quais um tomo tem menos de um octeto, ou seja, molculas
deficientes em eltrons; molculas nas quais um tomo tem mais do que um octeto, ou seja,
molculas com expanso de octeto.
Nmero mpar de eltrons Poucos exemplos. Geralmente, molculas como ClO2, NO e NO2 tm um
nmero mpar de eltrons.
N O N O
ExceExcees es regra do octetoregra do octeto
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Deficincia em eltrons Relativamente raro. As molculas com menos de um octeto so tpicas para compostos
dos Grupos 1A, 2A, e 3A. O exemplo mais tpico o BF3. As estruturas de Lewis nas quais existe uma ligao dupla BF
so menos importantes que aquela na qual existe deficincia de eltrons.
ExceExcees es regra do octetoregra do octeto
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Expanso do octeto Esta a maior classe de excees. Os tomos do 3 perodo em diante podem acomodar mais de um
octeto. Alm do terceiro perodo, os orbitais d so baixos o suficiente em
energia para participarem de ligaes e receberem a densidade eletrnica extra.
ExceExcees es regra do octetoregra do octeto
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A energia necessria para quebrar uma ligao covalente denominada entalpia de dissociao de ligao, D. Isto , para amolcula de Cl2, a D(Cl-Cl) dada pelo H para a reao:
Cl2(g) 2Cl(g). Quando mais de uma ligao quebrada:
CH4(g) C(g) + 4H(g) H = 1660 kJ A entalpia de ligao uma frao do H para a reao de
atomizao:D(C-H) = H = (1660 kJ) = 415 kJ
As entalpias de ligao podem tanto ser positivas como negativas.
ForForas das ligaas das ligaes es covalentescovalentes
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Entalpias de ligao e entalpias de reao
Podemos usar as entalpias de ligao para calcularmos a entalpia para uma reao qumica.
Admitimos que em qualquer reao qumica as ligaes precisam ser quebradas para que novas ligaes sejam formadas.
A entalpia da reao dada pela soma das entalpias de ligaes quebradas menos a soma das entalpias das ligaes formadas.
ForForas das ligaas das ligaes es covalentescovalentes
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Entalpias de ligao e entalpias de reao
Ilustramos o conceito com a reao entre o metano, CH4, e ocloro:
CH4(g) + Cl2(g) CH3Cl(g) + HCl(g) Hrxn = ?
ForForas das ligaas das ligaes es covalentescovalentes
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ForForas das ligaas das ligaes es covalentescovalentes
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ForForas das ligaas das ligaes es covalentescovalentes
Entalpias de ligao e entalpiasde reao
Nessa reao, uma ligao C-H e uma ligao Cl-Cl so quebradas enquanto uma ligao C-Cl e uma ligao H-Cl so formadas.
A reao como um todo exotrmica, o que significa que asligaes formadas so mais fortes do que as ligaes quebradas.
O resultado acima consistente com a lei de Hess.
( ) ( )[ ] ( ) ( )[ ]{ }kJ 104
Cl-HCl-CCl-ClH-C=
++= DDDDHrxn
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ForForas das ligaas das ligaes es covalentescovalentes
Entalpia de ligao e comprimentode ligao
Sabemos que as ligaes mltiplas so mais curtas do que asligaes simples.
Podemos mostrar que as ligaes mltiplas so mais fortes do queas ligaes simples.
Quando o nmero de ligaes entre os tomos aumenta, os tomos so mantidos mais prximos e mais firmemente unidos.
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Fim do CapFim do Captulo 8:tulo 8:Conceitos bConceitos bsicos de ligasicos de ligao o
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