Ligações químicas - Apostilas - Química, Notas de estudo de Química. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUC-RS)
Paulo89
Paulo895 de Março de 2013

Ligações químicas - Apostilas - Química, Notas de estudo de Química. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUC-RS)

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Apostilas de Química sobre o estudo das ligações químicas, ligação iônica, propriedades observadas nos compostos iônicos, ligações covalentes.
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Introdução

1-Introdução

Os conceitos referentes às ligações químicas são muito importantes dentro

do estudo de química. Podemos, inclusive, afirmar que a compreensão dos diferentes

modelos de ligação química é fundamental para a aprendizagem de outros conteúdos

químicos.

1.1- Ligação Iônica

Modelo que tenta explicar as ligações entre elementos muito eletronegativos

(geralmente ametais e hidrogênio) e elementos eletropositivos (metais). Este modelo

pressupõe os metais perdendo elétrons, tornando-se íons positivos - cátions - e os

ametais e o hidrogênio ganhando elétrons, tornando-se íons negativos - ânions. Os

compostos que são formados segundo este modelo de ligação, são denominados

compostos iônicos.

A ligação entre o sódio (11Na) e o cloro (17Cl) é um exemplo característico de ligação

iônica. Observe a distribuição dos elétrons em camadas para os dois elementos:

Na - 1s2, 2s2, 2p6, 3s1 Cl - 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p5

Para o cloro interessa adicionar um elétron à sua última camada, completando a

quantidade de oito elétrons nela. Ao sódio interessa perder o elétron de sua camada

M, assim a anterior passará a ser a última, já possuindo a quantidade necessária de

elétrons. Na representação da ligação, utilizamos somente os elétrons da última

camada de cada átomo. A seta indica quem cede e quem recebe o elétron. Cada

elétron cedido deve ser simbolizado por uma seta. Esta representação é conhecida

por fórmula eletrônica ou de Lewis.

O sódio possuía inicialmente 11 prótons e 11 elétrons. Após a ligação, a quantidade

de prótons não se altera e a de elétrons passa a ser 10. O cloro que inicialmente

possuía 17 prótons e 17 elétrons, tem sua quantidade de elétrons aumentada de uma

unidade após a ligação. Com isso o sódio se torna um íon de carga 1+ e o cloro 1-.

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A força que mantém os dois átomos unidos é de atração elétrica, ou seja, uma ligação

muito forte. Como foram utilizados um átomo de cada tipo, a fórmula do composto

será NaCl.

1.1.1- Propriedades observadas nos compostos iônicos:

- Altos pontos de fusão e ebulição.

- Condutividade elétrica quando fundidos ou dissolvidos em água.

- Solubilidade em água ( a maioria ).

- Apresentam aspecto cristalino.

- São sólidos e possuem brilho ( a maioria ).

1.2- Ligações covalentes

O modelo teórico da ligação covalente ocorre entre não metais e não metais, não

metais e hidrogênio e entre hidrogênio e hidrogênio e tenta explicar a atração

existente entre elementos eletronegativos, ou seja, os átomos envolvidos (ambos)

atraem elétrons, que são compartilhados. A ligação covalente entre dois átomos

iguais é dita apolar, pois nela os elétrons são compartilhados de maneira igual, nenhum dos átomos tem mais força que o outro para atrair o elétron para si. A ligação

entre átomos diferentes e com diferentes eletronegatividades, a ligação é dita polar, Por exemplo no CO2 o átomo de oxigênio atrai para si mais fortemente os elétrons

compartilhados. As substâncias formadas por ligações covalentes dão origem às

substâncias moleculares.

OBS.: Existem substâncias denominadas substâncias covalentes, cujos elementos

compartilham elétrons, no entanto, estas ligações se estendem indefinidamente não

havendo a constituição de um grupamento definido (molécula). Suas propriedades

físicas são muito diferentes da maioria das substâncias moleculares, apresentam PF

e PE mais elevados, são insolúveis em qualquer tipo de solvente e possuem

elevada dureza.. São exemplos de substâncias covalentes, o diamante, a sílica

entre outros.

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1.2.1 - Propriedades físicas das substâncias moleculares:

As propriedades físicas dos compostos moleculares devem-se, não só a

ligação covalente entre os átomos, como também ao tipo de interação entre suas

moléculas.Propriedades observadas nas substâncias moleculares:

- Existem nos estados gasoso, líquido e sólido. Quando no estado sólido,

geralmente possuem pontos de fusão e ebulição mais baixos se comparados com

as substâncias iônicas ou metálicas.

- Algumas são solúveis em água (polar), outros são solúveis em solventes apolares

e outros, ainda, são solúveis em ambos.

- Normalmente, não são condutoras de eletricidade, nem puros, nem quando

dissolvidos em água. A exceção ocorre por conta dos ácidos, que quando em

solução, conduzem corrente elétrica.

1.3 - Ligação Metálica

Os metais de um modo geral são pouco eletronegativos, não exercendo portanto

uma atração muito forte sobre os elétrons da última camada, por isso este é o

modelo teórico que melhor explica as propriedades dos metais e o que prevê elétrons

(semi) livres circulando em torno dos cátions, formando retículos cristalinos

perfeitamente definidos. Os elementos ligados segundo este modelo de ligação dão

origem às substâncias metálicas.

1.3.1 - Propriedades físicas das substâncias metálicas

Propriedades observadas nas substâncias metálicas:

- São bons condutores de calor e eletricidade.

- A maioria são sólidos.

- A maioria dos metais possuem pontos de fusão (PF) e pontos de ebulição (PE)

elevados.

- São insolúveis em água (alguns metais mais reativos do grupo IA e IIA da tabela,

reagem com a água) e em solventes orgânicos.

- São maleáveis e dúcteis.

- Possuem brilho.

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1.3.2 – Estudo da ligação covalente segundo a teoria da repulsão dos pares de

elétrons de Valência

Antes de entrar no estudo da teoria propriamente dita, vejamos alguns ítens

importantes para o estudo da ligação covalente:

- O número de pares compartilhados na ligação covalente, relaciona-se com a

regra do octeto ( formar pares de elétrons observando que o total de elétrons

atinja oito ).

- Simplificadamente, se diz que os átomos envolvidos na covalência são

atraídos pelos elétrons da última camada do ligante, embora se saiba que a

atração ocorre entre os núcleos e todos os elétrons da eletrosfera.

- Os elétrons da camada de valência apresentam-se organizados em pares,

mesmo que não estejam envolvidos no compartilhamento.

- Os elementos monovalentes (H e grupo 17 da tabela) tendem a compartilhar

um elétron, formando um par de elétrons ; os bivalentes (grupo 16 da tabela)

tendem a compartilhar 2 elétrons, formando 2 pares de elétrons ; os

trivalentes (grupo 15 da tabela) tendem a compartilhar 3 elétrons, formando 3

pares de elétrons e, os tetravalentes (grupo 14 da tabela) tendem a

compartilhar 4 elétrons, formando 4 pares de elétrons.

- Os pares de elétrons podem ser organizados em dois tipos:

PL (Pares Ligantes): pares de elétrons que unem os átomos da ligação.

PNL(Pares Não Ligantes): pares de elétrons que não participam das ligações.

OBS.: Existem compostos que a combinação do número de pares

compartilhados não segue a regra do octeto.

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1.4 - Solubilidade

De uma maneira geral, as substâncias polares dissolvem-se em solventes

também polares (ex.: HCl dissolve-se em H2O), substâncias apolares dissolvem-se

em solventes apolares (ex.: I2 dissolve-se em CCl4). Pode-se explicar a

solubilidade não só pela expressão: - semelhantedissolve semelhante - como também, pela possibilidade de interação entre moléculas da substância e do

solvente, formando ligações intermoleculares.

Podemos utilizar essa teoria para justificar, por exemplo, a solubilidade da

amônia (NH3) em água (H2O), pois as moléculas de NH3 e H2O ligam-se umas

as outras por pontes de hidrogênio.

É importante que tenha-se clara a idéia de que a solubilidade não depende

apenas de um fator e sim de uma combinação de fatores.

A água é o principal solvente polar, possui uma estrutura molecular fortemente

polarizada, tornando possível a dissolução de substâncias moleculares polares e a

maioria das substâncias iônicas.

A solubilidade é em parte uma função da entropia e, por isso, é visto mais

usualmente em estados da matéria que são mais entrópicos. Gases solubilizam-se

quase que imediatamente, enquanto que sólidos raramente são solúveis por

completo. Duas exceções úteis à esta regra são as soluções sólidas de cobre com

níquel (o cuproníquel, usado em moedas e, especialmente, em encanamentos) e as

de silício com germânio (usada em Eletrônica). Substâncias com entropia

configuracional extremamente baixas, especialmente polímeros, dificilmente

dissolvem-se entre si, mesmo no estado líquido. Isso quer dizer que não se pode

jamais confundir "Misturar" com "Dissolver". Água e óleo se misturam (mistura

heterogênea), mas não se dissolvem.

A solubilidade não depende apenas da entropia , pois se fosse verdade então a

maioria das substâncias seriam solúveis , mas isso não ocorre na realidade e a

solubilidade depende de outros fatores( temperatura , pressão , interação

intermolecular ) . Nos compostos iónicos existem dois fatores antagónicos ( a energia

da rede cristalina e a a energia de hidratação .

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A energia da rede cristalina está relaciona com a disposição dos iões no

estado sólido ( eles formam um retículo cristalino no qual as atrações são de natureza

eletroestática e regidas pela lei de Coulomb , isto é ,diretamente proporcional ao

produto das cargas dos iões e inversamente ao quadrado do raio iónico. A energia da

rede cristalina "trabalha" contra a dissolução de um composto iónico, enquanto a

energia de hidratação "trabalha" para favorecer a solubilidade do mesmo em água e

está relaciona com a força ion-dipolo.

1.5 - Miscibilidade

Miscibilidade é a habilidade de duas ou mais substâncias líquidas misturarem

entre si e formarem uma ou mais fases, ou seja, mistura é o conjunto de duas ou mais

substâncias puras. Quando duas substâncias são insolúveis, elas formam fases

separadas quando misturadas; o melhor exemplo conhecido disto é a mistura óleo-

água. Por outro lado, a água e o álcool etílico são solúveis em quaisquer proporções,

enquanto que algumas outras combinações de substâncias são parcialmente solúveis;

por exemplo, se colocarmos sal de cozinha em água além de uma certa quantia, parte

do sal precipita-se no fundo da vasilha na forma sólida, embora este exemplo seja de

uma solução, mas que não deixa de ser um tipo de mistura, nesse caso, heterogênea,

pois o excesso de sal não reagiu com a água.

2- Materiais e Reagentes

2.1 – Condutibilidade elétrica

• beckers

• água da bica

• água destilada

• soluções de cloreto de sódio 0,1mol/l, sacarose 0,1 mol/l, ácido clorídrico

0,1 mol/l e ácido acético 0,1 mol/l

• eletrodos

2.2 – Aquecimento

• tubos de ensaio limpos e secos

• cloreto de sódio sólido

• padiclorobenzeno

• bico de bunsen

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2.3 – Solubilidade

• tubos de ensaio limpos e secos

• cloreto de sódio sólido

• 2 ml de sacarose

• sulfato de cobre II

• parafina

• 2 ml de água destilada

• 2 ml de álcool etílico

• 2 ml de tetracloreto de carbono

2.4 – Miscibilidade

• tubos de ensaio limpos e secos

• 1 ml de acetona

• 1 ml de éter etílico

• 1 ml de clorofómio

• 1 ml de água destilada

• 1 ml ácool etílico

• 1 ml de tetracloreto de carbono

3 - Procedimentos experimentais

3.1 - Condutibilidade elétrica

Nesta atividade realizou-se observações a respeito da condutividade elétrica de

diferentes materiais. Para isto utilizou-se um dispositivo constituído de

um circuito interrompido entre os eletrodos ( um circuito aberto ). Para que a

lâmpada acenda, houve entre os eletrodos, materiais capazes de conduzir

corrente elétrica, fechando, então, o circuito.

1. colocou-se em diferentes bekers um pouco de cada solução

2. após isso introduziu-se os eletrodos, afim de verificar se houve condução de

corrente ou não em cada solução

3. após retirar soluções diferentes lavou-se os eletrodos com água destilada.

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3.2- Aquecimento

1. colocou-se no tubo de ensaio uma pequena quantidade de cloreto de sódio

sólido e aqueceu-se no bico de bunsen de aproximadamente 400°C

2. o mesmo foi feito com o paradiclorobenzeno.

3.3 - Solubilidade

1. colocou-se em diferentes tubos de ensaio cloreto de sódio, sacarose, sulfato de

cobre e parafina em 2 ml de água destilada

2. o mesmo procedimento foi realizado com o álcool etílico e o tetracloreto de

carbono.

3.4 – Miscibilidade

1. colocou-se em diferentes tubos de ensaio acetona, éter etílico e clorofórmio em

1 ml de água destilada

2. o mesmo procedimento foi realizado com o álcool etílico e o tetracloreto de

carbono.

4- Resultados e discussão

4.1 - Aquecimento

Através do aquecimento de duas distintas substâncias, pode-se notar em uma delas mudanças relevantes e em outra que nada acontece, isso se da pela temperatura que foi aplicada a substância.

Na substância de Cloreto de Sódio (NaCl), nada aconteceu, devido o bico de bunsen

utilizado chegar a temperetura máxima de 400 c° e o ponto de Fusão (mudança do estado

sólido para o líquido) do Cloreto de Sódio ser 801 °C (1074 K).

No caso do paradiclorobenzeno (C6H4Cl2) a mudança do estado sólido para o líquido pôde

ser percebida, devido ao seu ponto de fusão esta ate a capacidade do bico de bunsen

utilizado, 53.5 °C.

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4.2- Condutibilidade elétrica

Legenda- lâmpada acende forte (+++), média (++),fraca (+) ou se não acende.

Água da bica +

Água destilada Não acende

Sol. de cloreto de sódio 0,1 mol/l +++

Sol. de sacarose 0,1 mol/l Não acende

Sol. de ácido clorídrico 0,1 mol/l +++

Sol. de ácido acético ++

*menos que

o NaOH

OBS: Observou-se que a água destilada não conduz corrente porque ela não contém

sais minerais, já a água da bica além de moléculas de oxigênio e hidrogênio também

contém alguns sais minerais dissolvidos nela como: sais de cálcio, sais de sódio, sais

de magnésio, além de ferro, ferrugem, barro e etc. A água pura não conduz corrente

porque ela é uma molécula apolar. A água também apresenta ligação iônica.

Observou-se que o NaCl apresenta alta condutividade elétrica, apesar de

apresentar ligação iônica porque substâncias iônicas quando dissolvidas em água

conduzem corrente elétrica.

Observou-se que a sacarose apesar de está no estado líquido não conduz

corrente elétrica porque é um molécula covalente.

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Observou-se que o HCl apesar de ser uma molécula covalente é uma exceção, e

quando ácidos estão em solução conduzem corrente elétrica.

Observou-se que o CH3COOH também é um ácido covalente e por isso assim

como o HCl conduz corrente elétrica, porém um pouco menos porque é um molécula

orgânica.

4.3- Solubilidade

Solubilidade ou coeficiente de solubilidade (CS) é a quantidade máxima que uma substância pode dissolver-se num líquido.

Na solubilidade, o caráter polar ou apolar da substância influi muito, já que, devido a polaridade das substâncias, estas serão mais ou menos solúveis.

O termo solubilidade é utilizado tanto para designar o fenômeno qualitativo do processo (dissolução) como para expressar quantitativamente a concentração das soluções. A solubilidade de uma substância depende da natureza do soluto e do solvente, assim como da temperatura e da pressão do sistema. É a tendência do sistema em alcançar o valor máximo de entropia.

Água Álcool Tetracloreto de carbono

Cloreto de Sódio Solubiliza Muito Não Não

Sacarose Solubiliza Muito Não Não

Sulfato de cobre Solubiliza Muito Não Não

Parafina Não Não Não

4.4- Miscibilidade

Observou-se na experiência que uma substância é miscível quando apresenta somente uma

fase(homogêneo), e não miscível quando apresenta mais de uma fase.

Água Álcool Tetracloreto de carbono

Acetona Sim Sim Sim

Éter etílico Não Sim Sim

Clorofórmio Não Sim Sim

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