Apostila Quimica Geral 2011

ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA - EST

Apostila

Qumica Geral

Manaus

2011

Universidade do Estado do Amazonas UEA Escola Superior de Tecnologia - EST Qumica Geral

2

NDICE

Unidade 1 Estados da Matria 03

Unidade 2 Funes Inorgnicas 06

Unidade 3 - Estrutura Atmica 21

Unidade 4 Propriedades Peridicas 29

Unidade 5 - Ligaes qumicas 37

Unidade 6 - Geometria Molecular 50

Unidade 7 Foras Intermoleculares 59

Unidade 8 Estequiometria 62

Unidade 9 Gases 68

Unidade 10 Solues 74

Unidade 11 Termodinmica 85

Unidade 12 Eletroqumica 94

Referncias bibliogrficas 105


3

Unidade 1 - Estados da Matria

1. A perspectiva molecular da qumica

A matria o material fsico do universo, tudo que tem massa e ocupa espao. A matria constituda de relativamente poucos elementos. No nvel microscpico, a matria consiste de tomos e molculas. Os tomos se combinam para formar molculas. As molculas podem consistir do mesmo tipo de tomos ou de diferentes tipos

de tomos.

1.1 Classificao da matria

1.1.1 Estados da matria

A matria existe em trs estados fsicos: slido, lquido ou gs. Essas trs formas de matria so chamadas de estados da matria. Os gases no tm forma nem volume definidos e podem ser comprimidos para

formarem lquidos.

Os lquidos no tm forma, mas tm volume. Os slidos so rgidos e tm forma e volume definidos.

1.1.2 Substncias puras e misturas

Os tomos consistem de apenas um tipo de elemento. As molculas podem ter apenas um tipo de tomo (um elemento) ou de

diferentes tipos de tomos (um composto).

Uma substncia pura a matria que tem propriedades distintas e uma composio que no varia de amostra para amostra.

Existem dois tipos de substncias puras: elementos e compostos. Os elementos no podem ser decompostos em substncias mais simples. Se mais de um tomo, elemento ou composto so encontrados juntos, ento a

substncia uma mistura.

Portanto, misturas so combinaes de duas ou mais substncias nas quais cada uma mantm sua prpria identidade qumica.

Se a matria no totalmente uniforme, ento ela uma mistura heterognea. Se a matria totalmente uniforme, ela homognea, tambm chamada de

soluo.

Se a matria homognea pode ser separada por meios fsicos, ento ela uma mistura.

Se a matria homognea no pode ser separada por meios fsicos, ento ela uma substncia pura.

Se uma substncia pura pode ser decomposta em algo mais, ento ela um composto.

1.1.3 Elementos

Se uma substncia pura no pode ser decomposta em algo mais, ento ela um elemento.

Existem 114 elementos conhecidos.


4

A cada elemento dado um nico smbolo qumico (com uma ou duas letras). Os elementos so base de constituio da matria. A crosta terrestre consiste de 5 elementos principais. So eles: oxignio, silcio,

alumnio, ferro e clcio.

O corpo humano consiste basicamente de 3 elementos principais: oxignio, carbono e hidrognio

Os smbolos qumicos com uma letra tm aquela letra maiscula (por exemplo, H, B, C, N, etc.)

Os smbolos qumicos com duas letras tm apenas a primeira letra maiscula (por exemplo, He, Be).

1.1.4 Compostos

A maioria dos elementos se interage para formar compostos. As propores de elementos em compostos so as mesmas, independentemente

de como o composto foi formado.

Lei da Composio Constante (ou Lei das Propores Definitivas): A composio de um composto puro sempre a mesma. Exemplo: Quando a gua decomposta, sempre haver duas vezes mais

gs hidrognio formado do que gs oxignio.

1.2 Propriedades de Matria

1.2.1 Mudanas fsicas e qumicas

Cada substncia tem um conjunto nico de propriedades fsicas e qumicas que podem ser usadas para identific-la.

Quando uma substncia sofre uma mudana fsica, sua aparncia fsica muda. Exemplo: O derretimento do gelo: um slido convertido em um

lquido.

Durante uma mudana fsica, a matria no muda sua composio. Quando uma substncia muda sua composio, ela sofre uma alterao

qumica.


5

Exemplo: Quando o hidrognio puro e o oxignio puro reagem completamente, eles formam gua pura. No frasco contendo gua no h

sobra de oxignio nem de hidrognio.

As propriedades fsicas intensivas no dependem da quantidade de substncia presente.

Exemplos: densidade, temperatura e ponto de fuso. As propriedades fsicas extensivas dependem da quantidade de substncia

presente.

Exemplos: massa, volume e presso.

1.2.2 Separao de misturas

As misturas podem ser separadas se suas propriedades fsicas so diferentes. Os slidos podem ser separados dos lquidos atravs de filtrao. O slido coletado em papel de filtro, e a soluo, chamada de filtrado, passa

pelo papel de filtro e coletada em um frasco.

As misturas homogneas de lquidos podem ser separadas atravs de destilao. A destilao necessita que os diferentes lquidos tenham pontos de ebulio

diferentes. Basicamente, cada componente da mistura fervido e coletado.

A frao com ponto de ebulio mais baixo coletada primeiro. A cromatografia pode ser utilizada para separar misturas que tm diferentes

habilidades para aderirem a superfcies slidas.

Quanto maior a atrao do componente pela superfcie (papel), mais lentamente ele se move.

Quanto maior a atrao do componente pelo lquido, mais rapidamente ele se move.

A cromatografia pode ser utilizada para separar as diferentes cores de tinta de uma caneta.


6

Unidade 2 Funes Inorgnicas

Funo Qumica o conjunto de substncias que apresentam propriedades qumicas semelhantes, chamadas de propriedades funcionais. As substncias inorgnicas podem

ser classificadas em quatro funes:

cidos

Bases

Sais

xidos

2.1 cidos

So compostos que em soluo aquosa se ionizam, produzindo como ction

exclusivamente H3O+, chamado de hidroxnio ou hidrnio e nions, cuja natureza varia

de um cido para outro.

Exemplo: HBr + H2O H3O+

+ Br-

2.1.1 Propriedades funcionais

Apresentam hidrognio em sua composio. Tm sabor azedo. Mudam a cor dos indicadores cido-base:

o papel tornassol azul fica vermelho; a soluo de fenolftalena permanece incolor na sua presena; a soluo de alaranjado de metila passa de levemente alaranjado para

fortemente alaranjado.

Conduzem corrente eltrica quando em solues aquosas. Reagem com base formando sais e gua. Corroem metais, apresentando maior ou menor velocidade de corroso em

funo da fora e da concentrao do cido.

2.1.2 Classificao dos cidos

2.1.2.1 Quanto presena de oxignio na sua composio

Hidrcidos no apresentam oxignio. Exemplos: HCl, HBr Oxicidos apresentam oxignio. Exemplos: HNO3, H2SO4

2.1.2.2 Quanto ao nmero de hidrognios ionizveis

Monocidos ou cidos monoprticos apresentam um hidrognio ionizvel (HCl, HBr, HNO3).

Dicidos ou cidos diprticos apresentam dois hidrognios ionizveis (H2S, H2SO4).

Tricidos ou cidos triprticos apresentam trs hidrognios ionizveis (H3PO4, H3BO3).

Tetrcidos ou cidos tetraprticos apresentam quatro hidrognios ionizveis (H4SiO4, H4P2O7).

Os dicidos, tricidos e tetrcidos so policidos. Excees: H3PO3 um dicido e H3PO2 um monocido.


7

2.1.2.3 Quanto volatilidade

Volatilidade a propriedade que algumas substncias apresentam de se tornar um gs

ou vapor. Isso ocorre com cidos que apresentam temperatura de ebulio relativamente

baixa ou prxima ambiente. cidos com temperaturas de ebulio altas so chamados

de fixos. Portanto:

Volteis possuem baixo ponto de ebulio. Exemplos: HCl, H 2S, HCN, HNO3. Fixos possuem alto ponto de ebulio. Exemplos: H 2SO4, H 3PO4, H 3BO3.

2.1.2.4 Quanto ao grau de ionizao

Grau de ionizao de um cido () a relao entre o nmero de molculas ionizadas e o nmero total de molculas dissolvidas. Segundo essa classificao os cidos podem

ser fortes, semi-fortes (moderados) ou fracos.

cidos Fortes: > 50 % cidos Moderados: 5 % < < 50 % cidos Fracos: < 5 %

Hidrcidos

cidos fortes: HI, HBr, HCl cidos moderados: HF cidos fracos: demais

Oxicidos: quanto maior a diferena entre o nmero de oxignios e o nmero de hidrognios, mais forte o cido. Representando um oxicido por HnEOm, temos:

m n = 3 cido muito forte. Exemplos: HClO4, HMnO4 m n = 2 cido forte. Exemplos: HNO3, H 2SO4 m n = 1 cido semi-forte. Exemplos: H 3PO4, H 2SO3, H 3PO3 (apenas 2

hidrognios so ionizveis))

m n = 0 cido fraco. Exemplos: HClO, H 3BO3

Exceo: cido carbnico (H 2CO3) considerado cido fraco, apesar de m n = 1.

2.1.3 Nomenclatura dos cidos:

Hidrcidos ( Hn A ):

cido Nome do elemento qumico ligado ao hidrognio + drico

Exemplos:

- cido clordrico (HCl)

- cido bromdrico (HBr)

- cido ciandrico (HCN)


8

Oxicidos:

cido + prefixo (se necessrio) + elemento central + sufixo

De acordo com o elemento central (o primeiro o hidrognio e o terceiro o oxignio)

temos o prefixo OSO para o menor NOx (Nmero de Oxidao) e ICO para o maior

Nox. Exemplos:

- Coluna 14 ou 4A: - cido carbnico (H2CO3) - carbono (C) com Nmero de Oxidao

(NOx) = +4 (nico cido inorgnico com carbono).

- Coluna 15 ou 5A:

- cido nitroso (HNO2) - nitrognio (N) com NOx = +3;

- cido ntrico (HNO3) - nitrognio (N) com NOx = +5.

- Coluna 16 ou 6A:

- cido sulfuroso (H2SO3) - enxofre (S) com NOx = +4;

- cido sulfrico (H2SO4) - enxofre (S) com NOx = +6.

- Coluna 17 ou 7A:

- cido hipocloroso (HClO) - cloro (Cl) com NOx = +1 (o prefixo HIPO obrigatrio

quando temos o elemento central com carga 1);

- cido cloroso (HClO2) - cloro (Cl) com NOx = +3;

- cido clrico (HClO3) - cloro (Cl) com NOx = +5;

- cido perclrico (HClO4) - cloro (Cl) com NOx do Cl = +7 (o prefixo PER

obrigatrio quando temos o elemento central com carga 7, como em Permanganato de

potssio).

Observaes:

- seguem a mesma nomenclatura os cidos formados pelos elementos iodo (I) e bromo

(Br), pertencentes tambm coluna 17 ou 7A;

- o elemento flor (F) tambm pertencente coluna 17 ou 7A no forma oxicidos.

2.1.4 cidos mais comuns na qumica do cotidiano

2.1.4.1 cido sulfrico (H2SO4)

cido forte (altamente corrosivo). o cido mais importante na indstria e no laboratrio, consumido em enormes quantidades na indstria petroqumica, na

fabricao de papel, corantes e baterias de automveis.

O maior consumo de cido sulfrico na fabricao de fertilizantes, como os superfosfatos e o sulfato de amnio.

o cido dos acumuladores de chumbo (baterias) usados nos automveis.

consumido em enormes quantidades em inmeros processos industriais, como processos da indstria petroqumica, fabricao de papel, corantes, etc.

O cido sulfrico concentrado um dos desidratantes mais enrgicos. O cido sulfrico "destri" o papel, o tecido de algodo, a madeira, o acar e outros materiais

devido sua enrgica ao desidratante.

O cido sulfrico concentrado tem ao corrosiva sobre os tecidos dos organismos vivos tambm devido sua ao desidratante. Produz srias queimaduras na pele. Por

isso, necessrio extremo cuidado ao manusear esse cido.


9

As chuvas cidas em ambiente poludo com dixido de enxofre contm H2SO4 e causam grande impacto ambiental.

2.1.4.2 cido fosfrico (H3PO4)

Os seus sais (fosfatos) tm grande aplicao como fertilizantes na agricultura.

usado como aditivo em alguns refrigerantes.

2.1.4.3 cido fluordrico (HF)

Tem a particularidade de corroer o vidro, devendo ser guardado em frascos de polietileno. Em virtude de propriedade de corroso, o cido fluordrico usado para

gravar sobre vidro. Os vidros de automveis tm uma numerao na parte inferior, esta

gravada com o auxlio desse cido.

2.1.4.3 cido ntrico (HNO3)

Depois do sulfrico, o cido mais fabricado e mais consumido na indstria.

Seu maior consumo na fabricao de explosivos, como nitroglicerina (dinamite), trinitrotolueno (TNT), trinitrocelulose (algodo plvora). usado na fabricao do

salitre (NaNO3, KNO3) e da plvora negra (salitre + carvo + enxofre).

As chuvas cidas em ambientes poludos com xidos do nitrognio contm HNO3 e causam srio impacto ambiental. Em ambientes no poludos, mas na presena de raios

e relmpagos, a chuva tambm contm HNO3, mas em proporo mnima.

O cido ntrico concentrado um lquido muito voltil; seus vapores so muito txicos. um cido muito corrosivo e, assim como o cido sulfrico, necessrio muito

cuidado para manuse- lo.

2.1.4.4 cido clordrico (HCl)

O cido impuro (tcnico) vendido no comrcio com o nome de cido muritico.

encontrado no suco gstrico .

um reagente muito usado na indstria e no laboratrio.

usado na limpeza de edifcios aps a sua caiao, para remover os respingos de cal.

usado na limpeza de superfcies metlicas antes da soldagem dos respectivos metais.

2.1.4.5 cido actico (CH3COOH)

cido componente do vinagre, tempero indispensvel na cozinha, usado no preparo de saladas e maioneses.


10

2.1.4.6 cido carbnico (H2CO3)

o cido das guas minerais gaseificadas e dos refrigerantes. As guas e refrigerantes gaseificados tm seu diferencial (mais refrescante) graas a este cido. Ele

formado na reao do gs carbnico com a gua:

CO2 + H2O H2CO3

2.2 Bases ou hidrxidos

So substncias que, ao serem dissolvidas em gua, liberam exclusivamente os nions

OH- (hidroxila ou oxidrila). Os ctions, liberados tambm nesse processo, variam de

uma base para outra.

Dentre as principais bases, somente o hidroxido de amnio resulta de uma ionizao. As

demais, resultam da dissociao inica dos respectivos hidrxidos, quando dissolvidos

em gua.


Presena do nion hidroxila (OH). Com exceo dos hidrxidos de alcalinos, todas as demais bases se decompem

com o calor com relativa facilidade.

Apresentam sabor adstringente. Mudam a cor dos indicadores: o papel tornassol vermelho fica azul e a soluo

de fenolftalena, quando incolor passa para vermelho.

Conduzem corrente eltrica quando dissolvidas em gua. Reagem com os cidos, originando sais e gua.

2.2.2 Classificao das bases

2.2.2.1 Quanto ao nmero de hidroxilas:

Monobases apresentam uma hidroxila como nion. Exemplos: NaOH, NH4OH Dibases apresentam duas hidroxilas como nion. Exemplos: Ca(OH)2,

Zn(OH)2, Ba(OH)2.

Tribases apresentam trs hidroxilas como nion. Exemplos: Al(OH)3, Ga(OH)3, Fe(OH)3.

2.2.2.2 Classificao das bases quanto ao grau de dissociao

Quanto mais solvel em gua a base, mais forte ela ser.

Bases Fortes so as bases do grupo 1A e 2A, pois apresentam uma alta solubilidade. Exemplos: LiOH, Ba(OH)2.

Bases Fracas so as bases formadas pelos demais elementos. Exemplos: Zn(OH)2, Fe(OH)3, AgOH.

Excees: NH4OH, que uma base solvel porm fraca e o MgOH2 que uma base

insolvel e fraca.


11

2.2.2.3 Classificao das bases quanto solubilidade em gua

Bases com Metais Alcalinos e NH4OH so solveis. Exemplos: LiOH, NaOH. Bases com Metais Alcalinos Terrosos so pouco solveis. Exemplos: Ca(OH)2,

Ba(OH)2.

Bases de outros metais so praticamente insolveis.

Exceo: Mg(OH2) que uma base insolvel.

2.2.3 Nomenclatura das bases

2.2.3.1 Quando o ction possui nox fixo

hidrxido de + ction (nome do metal ou grupo ligado hidroxila)

Exemplo: KOH hidrxido de potssio

2.2.3.2 Quando o ction no apresenta nox fixo

hidrxido de + ction + sufixo ou hidrxido + ction + nox em algarismo

romano

Exemplos:

Fe(OH)2 - hidrxido de ferro II ou hidrxido ferroso - ferro (Fe) com NOx = +2.

Fe(OH)3 - hidrxido de ferro III ou hidrxido frrico - ferro (Fe) com NOx = +3;


12

2.2.4 Bases mais comuns na qumica do cotidiano

2.2.4.1 Hidrxido de sdio NaOH

Base conhecida como soda custica ou lixvia ou "diabo verde". a base mais importante da indstria e do laboratrio. fabricado e consumido em grandes

quantidades;

Utilizada em produtos para desentupir ralos, pias e limpa forno; usada na fabricao do sabo. Atualmente, o sabo obtido de gorduras (de boi, de porco, de carneiro, etc) ou de leos (de algodo, de vrios tipos de palmeiras, etc.).

usada em inmeros processos industriais na petroqumica e na fabricao de papel, celulose, corantes, etc. muito corrosivo e exige muito cuidado ao ser manuseado.

No existe soda custica livre na natureza, fabricado por eletrlise (decomposio por corrente eltrica) de soluo aquosa de sal de cozinha (NaCl).

2.2.4.2 Hidrxido de clcio Ca(OH)2

Conhecido como cal hidratada ou cal extinta ou cal apagada; utilizado na construo civil no preparo da argamassa, usada na alvenaria, e na caiao (pintura a cal) o que fazem os pedreiros ao preparar a argamassa.

2.2.4.3 Hidrxido de magnsio Mg(OH)2

um slido branco muito pouco solvel em gua; Quando disperso em gua, origina um lquido espesso, denominado de suspenso, que contm partculas slidas misturadas gua denominado de leite de magnsia

utilizado como laxante e anticido.

2 HCl(aq) + Mg(OH)2(aq) MgCl2(aq) + 2 H2O(l) acidez estomacal anticido


13

2.2.4.4 Hidrxido de alumnio Al(OH)3

um slido gelatinoso insolvel na gua; Utilizado no tratamento da gua. O hidrxido de alumnio formado na superfcie, como um precipitado gelatinoso, arrasta as impurezas slidas para o fundo do tanque,

no processo denominado decantao;

Al2(SO4)3 + 3 Ca(HCO3)2 2 Al(OH)3 + 3 CaSO4 + 6 CO2

Utilizado como medicamento com ao de anticido estomacal (Pepsamar, Natusgel, Gelmax, etc) pois neutraliza o excesso de HCl no suco gstrico.

3 HCl(aq) + Al(OH)3(aq) AlCl3(aq) + 3 H2O(l) acidez estomacal anticido

2.2.4.5 Hidrxido de amnio NH4OH

obtido atravs do borbulhamento de amnia(NH3) em gua, originando uma soluo conhecida comercialmente como amonaco;

NH3(g) + H2O(l) NH4OH(aq) NH4+(aq) + OH

-(aq)

amnia amonaco on amnio on hidrxido

utilizado em produtos de limpeza domstica tais como: Ajax, Fria, Pato, Veja, etc.

utilizado na fabricao de sais de amnio, empregados na agricultura e como explosivos.

2.3 Sais

So compostos que em meio aquoso se dissociam, liberando pelo menos um ction

diferente de H+ e pelo menos um nion diferente de OH

-.


Possuem sabor azedo. Conduzem corrente eltrica quando em soluo aquosa ou quando fundidos. Podem reagir com cidos, bases, outros sais e metais. Quase todos apresentam-se em estado slido ou na forma de critais.

2.3.2 Classificao dos sais

2.3.2.1 De acordo com a presena de oxignio

Sais halides - no possuem oxignio. Exemplos: NaI, KBr Oxissais - possuem oxignio. Exemplos: CaCO3, MgSO4


14

2.3.2.2 De acordo com natureza dos ons

Sal normal formado pela neutralizao completa entre um cido e uma base. No possui nem H

+ nem OH

- . Exemplo: NaCl

Hidrogenossal ou sal cido um sal que apresenta dois ctions, sendo um deles H

+, e somente um nion. Exemplo: NaHCO3

Hidroxissal ou sal bsico um sal que apresenta dois nions, sendo um deles OH

-, e somente um ction. Exemplo: CaOHCl

Sal duplo ou sal misto um sal que apresenta dois ctions diferentes (exceto H

+)

ou dois nions diferentes (exceto OH

-) e somente um ction. Exemplos:

CaClClO, NaLiSO4

Sal hidratado apresenta no retculo cristalino, molculas de gua em proporo definida. A gua combinada dessa maneira chama-se gua de

cristalizao, e a quantidade de molculas de gua indicada, na nomenclatura

do sal, por prefixos. Exemplo: CuSO4.5H2O

2.3.2.3 De acordo com a solubilidade

A tabela a seguir indica a solubilidade dos sais em gua (a 25 oC e 1 atm).

Tabela resumida de solubilidade dos sais em gua

Compostos Regra Excees

cidos Orgnicos Solveis

Permanganatos, Nitritos e

Nitratos, Cloratos Solveis

Sais de Alcalinos e

Amnio Solveis carbonato de ltio

Percloratos Solveis de potssio e mercrio I

Acetatos Solveis de prata

Tiocianatos e Tiossulfatos Solveis de prata, chumbo e

mercrio

Fluoretos Solveis de magnsio, clcio e

estrncio

Cloretos e Brometos Solveis de prata, chumbo e

mercrio I

Iodetos Solveis mercrio, bismuto e

estanho IV

Sulfatos Solveis de prata, chumbo,

brio, e estrncio

xido metlico e

Hidrxidos Insolveis

de alcalinos, amnio,

clcio, brio e estrncio


15

Boratos, Cianetos,

Oxalatos, Carbonatos,

Ferrocianetos,

Ferricianetos, Silicatos,

Arsenitos, Arseniatos,

Fosfitos, Fosfatos, Sulfitos

e Sulfetos

Insolveis de alcalinos e de

amnio

Observaes:

1- Quando se diz que um sal insolvel, na verdade se quer dizer que sua solubilidade em gua muito pequena, pois nenhuma substncia totalmente insolvel.

2- Todos os sais de metais alcalinos e amnio (NH4+) so solveis.

3- Os sais insolveis sofrem pequena dissociao inica, por isso originam solues com pequena quantidade de ons, sendo considerados maus eletrolticos.

2.3.3 Nomenclatura

2.3.3.1 Sal Normal

Obedece expresso:

(nome do nion) de (nome do ction)

obtida a partir da nomenclatura do cido que originou o nion participante do sal, pela

mudana de sufixos.

Sufixo do cido Sufixo do nion

drico Eto

ico Ato

oso Ito

Exemplos:

cido de origem nion Ction Sal

HCl - clordrico Cl- - cloreto Na

+ NaCl cloreto de sdio

H2SO4 - sulfrico SO42-

- sulfato Ca2+

CaSO4

sulfato de

clcio

HNO2 - nitroso NO- - nitrito Al

3+ Al(NO2)3

nitrito de

alumnio

2.3.3.2 Nomenclatura do Hidrogeno-sal ou sal cido

Exemplo: Na+H

+CO3

2- - NaHCO3

Carbonato(mono)cido de sdio

(mono)hidrogeno carbonato de sdio

Bicarbonato de sdio


16

2.3.3.3 Nomenclatura do Hidrxi-sal ou sal bsico

Exemplo: Ca2+

(OH)-Cl

- - Ca(OH)Cl

cloreto(mono) bsico de clcio

(mono)hidrxi cloreto de clcio

2.3.3.4 Nomenclatura do Sal duplo ou misto com dois ctions

nome do nion de nome dos ctions

Exemplo: Na+Li

+SO4

2- - NaLiSO4 Sulfato de sdio e ltio

2.3.3.5 Nomenclatura do Sal duplo com dois nions

nome dos nions de nome do ction

Exemplo: Ca2+

Cl-ClO

- - CaClClO Hipoclorito cloreto de clcio

2.3.4 Sais mais comuns na qumica do cotidiano

2.3.4.1 Cloreto de sdio (NaCl)

Alimentao

Conservao da carne, do pescado e de peles.

Obteno de misturas refrigerantes; a mistura gelo + NaCl(s) pode atingir -22C.

Em medicina sob forma de soro fisiolgico (soluo aquosa contendo 0,92% de

NaCl), no combate desidratao.

2.3.4.2 Nitrato de sdio (NaNO3)

Fertilizante na agricultura.

Fabricao da plvora (carvo, enxofre, salitre).

2.3.4.3 Carbonato de sdio (Na2CO3)

Fabrio do vidro comum (maior aplicao

Fabricao de sabes.

2.3.4.4 Bicarbonato de sdio (NaHCO3)

Anticido estomacal. Neutraliza o excesso de HCl do suco gstrico. Fabricao de fermento qumico. O crescimento da massa (bolos, bolachas, etc)

devido liberao do CO2 do NaHCO3.

Fabricao de extintores de incndio (extintores de espuma). No extintor h NaHCO3 (s) e H2SO4 em compartimentos separados. Quando o extintor acionado, o NaHCO3

mistura-se com o H2SO4, com o qual reage produzindo uma espuma, com liberao

de CO2. Estes extintores no podem ser usados para apagar o fogo em instalaes

eltricas porque a espuma eletroltica (conduz corrente eltrica).


17

2.3.4.5 Fluoreto de sdio (NaF)

usado na preveno de cries dentrias (anticrie), na fabricao de pastas de dentes e na fluoretao da gua potvel.

2.3.4.6 Carbonato de clcio (CaCO3)

encontrado na natureza constituindo o calcrio e o mrmore. Fabricao de CO2 e cal viva (CaO), a partir da qual se obtm cal hidradatada

(Ca(OH)2):

Fabricao do vidro comum. Fabricao do cimento Portland Sob forma de mrmore usado em pias, pisos, escadarias, etc.

2.3.4.7 Sulfato de clcio (CaSO4)

Fabricao de giz escolar. O gesso uma variedade de CaSO4 hidratado, muito usado em Ortopedia

2.4 xidos

xido todo composto binrio oxigenado, no qual o oxignio o elemento mais

eletronegativo.

Frmula geral: Ex+

2 O2-

X

Exemplos: CO2, H2O, Mn2O7, Fe2O3

2.4.1 Classificao dos xidos

xidos Bsicos xidos cidos xidos Anfteros xidos Neutros xidos Duplos Perxidos Superxidos

2.4.1.1 xidos Bsicos

So formados por metais alcalinos e alcalinos terrosos e reagem com gua formando bases e com cidos formando sal e gua. So formados por metais alcalinos, alcalinos-

terrosos e pelos demais metais com Nox baixo.

xido bsico + H2O base

Exemplo: CaO + H2O Ca(OH)2

xido bsico + cido sal + H2O

Exemplo: MgO + 2HCl MgCl2 + H2O


18

2.4.1.2 xidos cidos (anidridos)

So formados por ametais e reagem com gua formando cidos e com bases formando sal e gua. So formados por no-metais e por certos metais com Nox

elevado.

xido cido + H2O cido

Exemplo: N2O5 + H2O 2HNO3 chuva cida

SO3 + H2O H2SO4

xido cido + base sal + H2O

Exemplo: CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O

2.4.1.3 xidos Anfteros

So xidos de carter intermedirio entre cido e bsico. Reagem com cidos e bases formando sal e gua.

xido anftero + cido/base sal + gua

Exemplos: ZnO + 2HCl ZnCl2 + H2O

ZnO + 2NaOH Na2ZnO2 + H2O

Alguns xidos anfteros: Al2O3 , ZnO , PbO, SnO, SnO2, As2O3, As2O5

2.4.1.4 xidos Indiferentes (neutros)

So todos covalentes e no reagem com base, cido ou gua; mas podem reagir com oxignio.

CO + H2O No ocorre reao

NO + HCl No ocorre reao

xido Neutro + O2 Oxidao

CO + O2 CO2

Alguns xidos neutros: CO, NO, N2O

2.4.1.5 xidos Duplos, Salinos ou Mistos

So xidos que, quando aquecidos, originam dois outros xidos.

M 3O4

Fe, Pb, Mn


19

FeO + Fe2O3 Fe3O4

Exemplos de xidos duplos: Fe3O4; Pb3O4; Mn3O4

2.4.1.6 Perxidos

So formados por metais alcalinos, alcalinos terrosos e hidrognio e possuem oxignio com Nox = -1.

M2O2 - MO2 M. Alcalinos M. Alc. Terrosos

Exemplos: Na2O2, Li2O2, CaO2, MgO2

2.4.1.7 Superxidos

So formados por metais alcalinos, alcalinos terrosos e hidrognio e possuem oxignio com Nox = - .

M2O4 - MO4 M. Alcalinos M. Alc. Terrosos

Exemplos: Na2O4, Li2O4, CaO4, MgO4

2.4.2 Nomenclatura dos xidos

2.4.2.1 - Regra geral: (Prefixo) + xido de (prefixo) + elemento

Exemplos: CO monxido de monocarbono

N2O5 pentxido de dinitrognio

Nox fixo (g1e g2) - xido de elemento

2.4.2.2 Para metais:

Nox - xido de elemento+valncia Exemplos:

Na2O xido de sdio Al2O3 xido de alumnio FeO xido de ferro II (xido ferroso) Fe2O3 xido de ferro III (xido frrico)

2.4.3 xidos mais comuns na qumica do cotidiano

2.4.3.1 Dixido de carbono (CO2)

um gs incolor, inodoro, mais denso que o ar. No combustvel e nem comburente, por isso, usado como extintor de incndio.

o gs usado nos refrigerantes e nas guas minerais gaseificadas. O CO2 slido, conhecido por gelo seco, usado para produzir baixas temperaturas.


20

Atualmente, o teor em CO2 na atmosfera tem aumentado e esse fato o principal responsvel pelo chamado efeito estufa.

2.4.3.2 Monxido de Carbono (CO)

um incolor extremamente txico. um srio poluente do ar atmosfrico. Forma-se na queima incompleta de combustveis como lcool (etanol), gasolina,

leo, diesel, etc.

A quantidade de CO lanada na atmosfera pelo escapamento dos automveis, caminhes, nibus, etc. cresce na seguinte ordem em relao ao combustvel usado:

lcool < gasolina < leo diesel.

A gasolina usada como combustvel contm um certo teor de lcool (etanol), para reduzir a quantidade de CO lanada na atmosfera e, com isso, diminuir a poluio do

ar, ou seja, diminuir o impacto ambiental.

2.4.3. 3 Dixido de Enxofre (SO2)

um gs incolor, txico, de cheiro forte e irritante. O SO2 um srio poluente atmosfrico. o principal poluente do ar das regies onde

h fbricas de H2SO4.

A gasolina, leo diesel e outros combustveis derivados do petrleo contm compostos do enxofre. Na queima desses combustveis, forma-se o SO2 que

lanado na atmosfera. O leo diesel contm maior teor de enxofre do que a gasolina

e, por isso, o impacto ambiental causado pelo uso do leo diesel, como combustvel,

maior do que o da gasolina.

O lcool (etanol) no contm composto de enxofre e, por isso, na sua queima no liberado o SO2. Esta mais uma vantagem do lcool em relao gasolina em

termos de poluio atmosfrica.

O SO2 lanado na atmosfera se transforma em SO3 que se dissolve na gua de chuva constituindo a chuva cida, causando um srio impacto ambiental e destruindo a

vegetao.

2.4.3.4 Dixido de nitrognio (NO2)

Nos motores de exploso dos automveis, caminhes, etc., devido temperatura muito elevada, o nitrognio e oxignio do ar se combinam resultando em xidos do

nitrognio, particularmente NO2, que poluem a atmosfera.

O NO2 liberado dos escapamentos reage com o O2 do ar produzindo O3, que outro srio poluente atmosfrico.

Os xidos do nitrognio da atmosfera dissolvem-se na gua dando cido ntrico, originando assim a chuva cida, que tambm causa srio impacto ambiental.

2.4.3.5 xido de clcio (CaO)

um dos xidos de maior aplicao e no encontrado na natureza. obtido industrialmente por pirlise de calcrio.

Fabricao de cal hidratada ou Ca(OH)2. Preparao da argamassa usada no assentamento de tijolos e revestimento das

paredes. Pintura a cal (caiao).

Na agricultura, para diminuir a acidez do solo.


21

Unidade 3 - Estrutura Atmica

3.1 Teoria Atmica da Matria

Pode-se considerar que o desenvolvimento da teoria da estrutura atmica

ocorreu essencialmente em 3 etapas:

Descoberta da natureza da matria e da natureza do eltron;

Constatao de que o tomo constitudo de um pequeno ncleo rodeado de eltrons;

Desenvolvimento das equaes mecnico-qunticas que explicam o comportamento dos eltrons nos tomos.

3.1.1 Modelo de Dalton

Em 1807, o professor e qumico ingls, John Dalton, baseado no conceito grego

de tomos indivisveis, realizou experimentos que estudava a razo das massas dos

elementos que se combinavam para formar compostos. Com base nesses experimentos,

ele desenvolveu sua hiptese atmica:

1. Cada elemento composto de partes extremamente pequenas chamadas de tomos; 2. Todos os tomos de um dado elemento so idnticos; os tomos de diferentes

elementos tm massas diferentes;

3. Os compostos so formados quando tomos de diferentes elementos se combinam; um determinado composto tem sempre o mesmo nmero relativo dos mesmos tipos

de tomos. (Lei da composio constante)

4. Em uma reao qumica, os tomos no so criados nem destrudos, eles trocam apenas de parceiros para formar novas substncias. (Lei da conservao das massas)

Essa hiptese ficou conhecida como Modelo da bola de bilhar.

3.1.2 Modelo de Thomson

O modelo da bola de bilhar de Dalton foi substitudo pelo modelo Pudim de

ameixa, proposto por Thomson.

O fsico britnico Joseph John Thomson, em 1897, estava investigando os raios

catdicos em tubos de Crookes (tubos bombeados at quase esgotar-se o ar), constatou

que os tomos so indivisveis, mas constitudos de partculas carregadas negativamente

os eltrons pois podem sofrer desvios em campos eltricos e/ou magnticos em direo a placa positiva.

Um tubo de raios catdicos um recipiente profundo com um eletrodo em cada

extremidade.

Experimento: Uma alta voltagem era aplicada entre dois eletrodos em um tubo

de vidro sob vcuo. Essa voltagem produzia uma radiao dentro do tubo. A radiao

ficou conhecida como raios catdicos (os eltrons) porque originava-se no eletrodo

negativo (ctodo) em direo ao eletrodo positivo (nodo).


22

A partir deste experimento Thomson calculou a proporo entre a carga eltrica

e a massa do eletron = 1,76 x108 Coulomb/grama.

Uma vez conhecida proporo carga-massa do eltron foi possvel medir a

massa do eltron. Millikan realizou um experimento que ficou conhecido como

experimento da gota de leo de Millikan e determinou a massa do eltron = 9,10x10-28

g.

Thomson argumentou que j que a massa do eltron compreendia uma

frao muito pequena da massa do tomo, eles seriam responsveis por uma

frao igualmente pequena do tamanho do tomo. E assim ele props que o

tomo poderia ser uma esfera macia carregada positivamente, na qual os

eltrons estariam inseridos, de modo que a se obter um sistema

eletrostaticamente estvel (carga total nula).

3.1.3 Modelo de Rutherford

Em 1908, Ernest Rutherford derrubou a teoria de Thomson baseando-se em

observaes sobre o espalhamento de partculas por finas folhas de metal. Rutherford executou o seguinte experimento:

Uma fonte de partculas (partculas carregadas positivamente) foi colocada na boca de um detector circular.

As partculas foram lanadas atravs de um pedao de chapa de ouro.

A maioria das partculas passou diretamente atravs da chapa, sem desviar.

Algumas partculas foram desviadas com ngulos grandes. Se o modelo do tomo de Thomson estivesse correto, o resultado de Rutherford

seria impossvel.

Para fazer com que a maioria das partculas passe atravs de um pedao de chapa sem sofrer desvio, a maior parte do tomo deve consistir de carga negativa difusa de

massa baixa o eltron.

Para explicar o pequeno nmero de desvios grandes das partculas , o centro ou ncleo do tomo deve ser constitudo de uma carga positiva densa.


23

Rutherford modificou o modelo de Thomson da seguinte maneira:

No tomo h uma densa carga positiva central circundada por um grande volume

de espao vazio, onde os eltrons esto inseridos. Rutherford chamou a regio

carregada positivamente de ncleo atmico e as partculas positivas de prtons.

Rutherford observou ainda que somente cerca da metade da massa nuclear

poderia ser justificada pelos prtons. Ento, ele sugeriu que o ncleo atmico

deveria conter partculas eletricamente neutras e de massa aproximadamente igual a

dos prtons. Em 1932, o cientista ingls Chadwick observou ao bombardear o

berlio com partculas , a emisso de partculas no carregadas eletricamente e com massa ligeiramente maior que a dos prtons. Ele as chamou de nutrons.

Atualmente, o modelo atmico aceito baseado no modelo de Rutherford, um

modelo nuclear.

3.1.3.1 O Modelo Nuclear

O tomo consiste de entidades neutras, positivas e negativas (prtons, eltrons e nutrons).

Os prtons e nutrons esto localizados no ncleo do tomo, que pequeno. A maior parte da massa do tomo se deve ao ncleo.

Os eltrons esto localizados fora do ncleo. Grande parte do volume do tomo se deve aos eltrons.

No tomo nuclear, cada elemento caracterizado pelo seu nmero atmico (Z),

o qual determina o nmero de prtons no ncleo. Em um tomo neutro a carga total

zero, logo o nmero de prtons igual ao nmero de eltrons que circunda o ncleo.

Exemplo:

He nmero de prtons = 2 (carga positiva) nmero de eltrons = 2 (carga negativa)

carga total = (+2 2) = 0

3.2 Orbitais e nmeros qunticos

O orbital a regio do espao onde grande a probabilidade de se encontrar um eltron de determinada energia.

Os nmeros qunticos so usados para definir os estados de energia e os orbitais disponvel para o eltron.

3.2.1 Nmero quntico principal, n

Indica a quantidade de energia. medida que n aumenta o orbital torna-se maior e o eltron passa mais tempo mais distante do ncleo.

3.2.2 O nmero quntico azimutal, l

Os eltrons em uma determinada camada podem ser agrupados em subcamadas. Esse nmero quntico depende do valor de n. Os valores de l comeam de 0 e aumentam at n -1. Cada valor de l corresponde a um tipo diferente de orbital com um formato

diferente.

Normalmente utilizamos letras para l (s, p, d e f para l = 0, 1, 2, e 3). Geralmente nos referimos aos orbitais s, p, d e f.


24

Ento, a camada com n = 2 consiste de duas subcamadas de orbitais, uma com l = 0 e a

outra com l = 1

3.2.3 O nmero quntico magntico, ml

Est relacionado orientao dos orbitais em uma subcamada Os orbitais em uma determinada subcamada deferem apenas quanto a sua

orientao no espao, no quanto a sua energia.

Esse nmero quntico depende de l. O nmero quntico magntico tem valores inteiros entre -l e +l.

3.2.4 Nmero quntico de spin magntico, ms

Cientistas observaram que o eltron comporta-se como se fosse uma esfera minscula rodando em torno de seu prprio eixo chamado spin eletrnico.

Com isso surgiu um novo nmero quntico, o nmero quntico de spin magntico, ms - pode assumir somente dois valores + e -.

Podemos caracterizar estes dois estados de spin como a rotao de um eltron em seu prprio eixo em dois sentidos opostos.

Os dois estados so freqentemente representados por duas setas ou pelas letras

gregas e

+ ou - ou

3.3 Representao dos orbitais


25

2.3.1 Orbitais s

Todos os orbitais s so esfricos. medida que n aumenta os orbitais s ficam maiores. medida que n aumenta, aumenta o nmero de ns. Um n uma regio no espao onde a probabilidade de se encontrar um eltron

zero.

Em um n, Y2 = 0 Para um orbital s, o nmero de ns n-1.

3.3.2 Orbitais p

Existem trs orbitais p, px, py, e pz. Os trs orbitais p localizam-se ao longo dos eixos x-, y- e z- de um sistema

cartesiano.

As letras correspondem aos valores permitidos de ml, -1, 0, e +1. Os orbitais tm a forma de halteres. medida que n aumenta os orbitais p ficam maiores. Todos os orbitais p tm um n no ncleo.

3.3.3 Orbitais d e f

Existem cinco orbitais d e sete orbitais f. Trs dos orbitais d encontram-se em um plano bissecante aos eixos x-, y- e z. Dois dos orbitais d se encontram em um plano alinhado ao longo dos eixos x-, y-

e z.

Quatro dos orbitais d tm quatro lbulos cada. Um orbital d tem dois lbulos e um anel.

3.4 Orbitais e suas energias

Orbitais de mesma energia so conhecidos como degenerados. Para n = 2, os orbitais s e p no so mais degenerados porque os eltrons

interagem entre si.

Portanto, o diagrama de Aufbau apresenta-se ligeiramente diferente para sistemas com muitos eltrons.

3.5 tomos polieletrnicos

tomo com mais de um eltron Para descrever esses tomos devemos considerar no apenas a natureza dos

orbitais e suas energias, mas tambm como os eltrons ocupam os orbitais

disponveis.

Nos tomos hidrogenides, isto , formados por um ncleo e um s eltron (se chamam assim porque seu comportamento qumico similar ao do hidrognio.

hidrogenide dentro desta definio quaisquer dos istopos do hidrognio. Um

caso tpico de tomo hidrogenide tambm o de um tomo de qualquer

elemento que se tenha ionizado at perder todos os eltrons menos um), a

energia de um orbital depende apenas do seu nmero quntico principal, n.


26

Em um tomo multieletrnico a repulso eltron-eltron faz com que os diferentes subnveis estejam em diferentes nveis de energia.

Orbitais e suas energias

3.6 Configuraes eletrnicas

3.6.1 Regra de Hund

As configuraes eletrnicas nos dizem em quais orbitais os eltrons de um elemento esto localizados.

Trs regras: Os orbitais so preenchidos em ordem crescente de n. Dois eltrons com o mesmo spin no podem ocupar o mesmo orbital (Pauli).

Para os orbitais degenerados, os eltrons preenchem cada orbital isoladamente antes de qualquer orbital receber um segundo eltron (regra de

Hund).

3.6.2 Configuraes eletrnica condensadas


27

O nenio tem o subnvel 2p completo. O sdio marca o incio de um novo perodo. Logo, escrevemos a configurao eletrnica condensada para o sdio como

Na: [Ne] 3s1

[Ne] representa a configurao eletrnica do nenio. Eltrons mais internos: os eltrons no [Gs Nobre]. Eltrons de valncia: os eltrons fora do [Gs Nobre].

3.6.3 Metais de transio

Depois de Ar, os orbitais d comeam a ser preenchidos. Depois que os orbitais 3d estiverem preenchidos, os orbitais 4p comeam a ser

preenchidos.

Metais de transio: so os elementos nos quais os eltrons d so os eltrons de valncia.

3.6.4 Lantandeos e actindeos

Do Ce em diante, os orbitais 4f comeam a ser preenchidos. Observe: La: [Kr]6s25d14f1 Os elementos Ce -Lu tm os orbitais 4f preenchidos e so chamados lantandeos

ou elementos terras raras.

Os elementos Th -Lr tm os orbitais 5f preenchidos e so chamados actindeos. A maior parte dos actindeos no encontrada na natureza.

3.9 Configuraes eletrnicas e a tabela peridica

A forma moderna da tabela peridica reflete a estrutura eletrnica fundamental dos elementos.

O nmero do perodo o valor de n. As colunas na tabela peridica chamam-se grupos (numeradas de 1A a 8A ou de

1 a 18 (IUPAC)). Esto relacionados ao nmero de eltrons na camada de

valncia do tomo.

Os grupos 1A e 2A (1 e 2) tm o orbital s preenchido. Os grupos 3A -8A (13 a 18) tm o orbital p preenchido. Os grupos 3B -2B (3 a 12) tm o orbital d preenchido. Os lantandeos e os actindeos tm o orbital f preenchido. No so numerados

porque h pouca similaridade entre eles.

A tabela peridica utilizada para organizar os 114 elementos de modo significativo. Como consequncia dessa organizao, existem propriedades

peridicas associadas tabela peridica.

Alguns dos grupos na tabela peridica recebem nomes especiais. Estes nomes indicam as similaridades entre os membros de um grupo: Grupo 1A: Metais alcalinos Grupo 2A: Metais alcalinos terrosos Grupo 6A: Calcognio Grupo 7A: Halognios Grupo 8A: Gases nobres

Configuraes eletrnicas e a tabela peridica


28

Unidade 4 Propriedades Peridicas


29

4.1 A tabela peridica

A tabela peridica utilizada para organizar os 115 elementos de modo significativo.

Como consequncia dessa organizao, existem propriedades peridicas associadas tabela peridica.

As colunas na tabela peridica chamam-se grupos (numeradas de 1A a 8A ou de

1 a 18).

As linhas na tabela peridica chamam-se perodos. Os metais esto localizados no lado esquerdo da tabela peridica (a maioria dos

elementos so metais).

Os no-metais esto localizados na parte superior do lado direito da tabela peridica.

Os elementos com propriedades similares, tanto com os metais quanto com os no-metais, so chamados metalides e esto localizados no espao entre os

metais e os no-metais.

Alguns dos grupos na tabela peridica recebem nomes especiais. Estes nomes indicam as similaridades entre os membros de um grupo: Grupo 1A: Metais alcalinos Grupo 2A: Metais alcalinos terrosos Grupo 6A: Calcognios Grupo 7A: Halognios Grupo 8A: Gases nobres A tabela peridica pode ser utilizada como um guia para as configuraes

eletrnicas.

O nmero do perodo o valor de n. Os grupos 1A e 2A tm o orbital s preenchido. Os grupos 3A -8A tm o orbital p preenchido. Os grupos 3B -2B tm o orbital d preenchido. Os lantandeos e os actindeos tm o orbital f preenchido. Ordenar os elementos de modo que reflita as tendncias nas propriedades

qumicas e fsicas.

A primeira tentativa (Mendeleev e Meyer) ordenou os elementos em ordem crescente de massa atmica.

Faltaram alguns elementos nesse esquema. Exemplo: em 1871, Mendeleev observou que a posio mais adequada para o As

seria abaixo do P, e no do Si, o que deixou um elemento faltando abaixo do Si. Ele

previu um nmero de propriedades para este elemento. Em 1886 o Ge foi descoberto.

As propriedades do Ge se equiparam bem previso de Mendeleev.

A tabela peridica moderna: organiza os elementos em ordem crescente de nmero atmico.

4.2 Carga nuclear efetiva


30

A carga nuclear efetiva a carga sofrida por um eltron em um tomo polieletrnico.

A carga nuclear efetiva no igual carga no ncleo devido ao efeito dos eltrons internos.

Os eltrons esto presos ao ncleo, mas so repelidos pelos eltrons que os protegem da carga nuclear.

A carga nuclear sofrida por um eltron depende da sua distncia do ncleo e do nmero de eltrons mais internos.

Quando aumenta o nmero mdio de eltrons protetores (S), a carga nuclear efetiva (Zeff) diminui.

Quando aumenta a distncia do ncleo, S aumenta e Zef diminui. Todos os orbitais ns tm a mesma forma, mas tamanhos e nmeros de ns

diferentes.

A densidade eletrnica radial a probabilidade de se encontrar um eltron a uma determinada distncia.

Considere uma molcula diatmica simples. A distncia entre os dois ncleos denominada distncia de ligao.

Se os dois tomos que formam a molcula so os mesmos, metade da distncia de ligao denominada raio covalente do tomo.

4.3 Tamanho dos tomos e dos ons

Quando o nmero quntico principal aumenta, o tamanho do orbital aumenta. Considere os orbitais s:

Todos os orbitais s so esfricos e aumentam em tamanho quando n aumenta.

A simetria esfrica dos orbitais pode ser vista nos mapas de relevos. Mapas de relevos so pontos conectados de densidade eletrnica igual.

4.4 Tendncias peridicas nos raios atmicos

Como uma consequncia do ordenamento na tabela peridica, as propriedades dos elementos variam periodicamente.

O tamanho atmico varia consistentemente atravs da tabela peridica. Ao descermos em um grupo, os tomos aumentam. Ao longo dos perodos da tabela peridica, os tomos tornam-se menores.

Existem dois fatores agindo:

Nmero quntico principal, n, e a carga nuclear efetiva, Zef.


31

medida que o nmero quntico principal aumenta (ex., descemos em um

grupo), a distncia do eltron mais externo ao ncleo aumenta.

Consequentemente, o raio atmico aumenta.

Ao longo de um perodo na tabela peridica, o nmero de eltrons mais internos mantm-se constante. Entretanto, a carga nuclear aumenta. Conseqentemente,

aumenta a atrao entre o ncleo e os eltrons mais externos. Essa atrao faz

com que o raio atmico diminua.

O tamanho do on a distncia entre os ons em um composto inico. O tamanho do on tambm depende da carga nuclear, do nmero de eltrons e

dos orbitais que contenham os eltrons de valncia.

Os ctions deixam vago o orbital mais volumoso e so menores do que os tomos que lhes do origem.

Os nions adicionam eltrons ao orbital mais volumoso e so maiores do que os tomos que lhe do origem.

Para ons de mesma carga, o tamanho do on aumenta medida que descemos em um grupo na tabela peridica.


32

Todos os membros de uma srie isoeletrnica tm o mesmo nmero de eltrons. Quando a carga nuclear aumenta em uma srie isoeletrnica, os ons tornam-se

menores : O2-

> F- > Na

+ > Mg

2+ > Al

3+

4.5 Energia de Ionizao

A primeira energia de ionizao, I1, a quantidade de energia necessria para remover um eltron de um tomo gasoso:

Na(g) Na+(g) + e-. A segunda energia de ionizao, I2, a energia necessria para remover um

eltron de um on gasoso:

Na+(g) Na2+(g) + e-.

Quanto maior a energia de ionizao, maior a dificuldade para se remover o eltron.

4.5.1 Variaes nas energias de ionizao sucessivas

H um acentuado aumento na energia de ionizao quando um eltron mais interno removido.

4.5.2 Tendncias peridicas nas primeiras energias de ionizao

A energia de ionizao diminui medida que descemos em um grupo. Isso significa que o eltron mais externo mais facilmente removido ao

descermos em um grupo.

medida que o tomo aumenta, torna-se mais fcil remover um eltron do orbital mais volumoso.

Geralmente a energia de ionizao aumenta ao longo do perodo. Ao longo de um perodo, Zef aumenta. Consequentemente fica mais difcil

remover um eltron.

So duas as excees: a remoo do primeiro eltron p e a remoo do quarto eltron p.

Os eltrons s so mais eficazes na proteo do que os eltrons p. Conseqentemente, a formao de s

2p

0 se torna mais favorvel.

Quando um segundo eltron colocado em um orbital p, aumenta a repulso eltron-eltron. Quando esse eltron removido, a configurao s

2p

3 resultante

mais estvel do que a configurao inicial s2p

4. Portanto, h uma diminuio na

energia de ionizao.


33

Para retirar os eltrons mais externos de um tomo, necessria uma certa quantidade de energia.

Depende de dois fatores: Carga nuclear (que positiva e corresponde ao nmero de prtons); Tamanho do tomo (que pode ser expresso atravs do raio atmico). medida que acompanhamos um perodo da esquerda para a direita, a carga do

ncleo aumenta e o raio atmico diminui = aumento da energia de ionizao.

Acompanhando um grupo de baixo para cima, o raio atmico (e, portanto o tamanho dos tomos) diminui, e os eltrons vo ficando cada vez mais prximos

do ncleo a energia de ionizao cresce tambm.

4.6 Configuraes eletrnicas de ons

Ctions: os eltrons so primeiramente removidos do orbital com o maior nmero quntico principal, n:

Li (1s2 2s

1) Li

+ (1s

2)

Fe ([Ar]3d6 4s

2) Fe

3+ ([Ar]3d

5)

nions: os eltrons so adicionados ao orbital com o mais baixo valor de n disponvel:

F (1s2 2s

2 2p

5) F

- (1s

2 2s

2 2p

6)

4.7 Afinidade eletrnica


34

A afinidade eletrnica o oposto da energia de ionizao. A afinidade eletrnica a alterao de energia quando um tomo gasoso ganha

um eltron para formar um on gasoso:

Cl(g) + e- Cl-(g)

A afinidade eletrnica pode ser tanto exotrmica (como o exemplo acima) quanto endotrmica:

Ar(g) + e- Ar-(g)

Analise as configuraes eletrnicas para determinar se a afinidade eletrnica positiva ou negativa.

O eltron extra no Ar precisa ser adicionado ao orbital 4s, que tem uma energia significativamente maior do que a energia do orbital 3p.

Existem tomos que, apesar de j possurem todos os seus prprios eltrons, podem ainda receber eltrons extras com muita facilidade. Essa capacidade

conhecida como afinidade por eltrons ou eletroafinidade.

tomos de elementos com alta eletroafinidade, ao receberem eltrons extras, transformam-se em ons negativos (nions) bastante estveis.

J os tomos que no aceitam eltrons facilmente (ou seja, de elementos com baixa eletroafinidade) formam nions bastante instveis.

O valor da eletroafinidade , na maioria das vezes, negativo, embora possa tambm ser positivo (ao contrrio do potencial de ionizao, que sempre

positivo).

Quanto mais negativo o valor da afinidade eletrnica, maior a facilidade do tomo para receber um ou mais eltrons. Contrariamente, quanto mais positivo

esse valor, mais ser preciso "forar" o tomo para que receba eltrons.

Tal como o potencial de ionizao, a variao da afinidade eletrnica na tabela peridica tende a ser contrria variao do raio atmico.

Ao percorrermos um perodo da esquerda para a direita, o raio atmico diminui. Com isso, a atrao que o ncleo exerce sobre os eltrons se torna maior, o que

aumenta a afinidade eletrnica

Ao longo dos grupos, o raio atmico diminui de baixo para cima, e, pelo mesmo raciocnio, a eletroafinidade aumenta nesse sentido.

Em oposio, os tomos dos gases nobres (grupo 18 ou VIIIA) tm valores positivos de afinidade eletrnica, revelando sua dificuldade em receber eltrons

e formar nions

Os tomos dos halognios (grupo 17 ou VIIA) tm grandes valores negativos de afinidade eletrnica. De fato, esses tomos recebem eltrons com muita

facilidade, e os nions por eles formados (F-, Cl-, Br-, I-) tm estabilidade muito

grande.

Eletronegatividade a capacidade que um tomo tem, de atrair eltrons de outro tomo quando os dois formam uma ligao qumica.

Assim, um tomo que, quando isolado, possui grande potencial de ionizao e grande afinidade eletrnica tambm apresentar, quando ligado a outro tomo,

grande atrao por eltrons, ou seja, ter uma alta eletronegatividade.

Depende de dois fatores: tamanho do tomo e nmero de eltrons na ltima camada

tomos com maior nmero de eltrons na ltima camada exercem maior atrao sobre os eltrons de outros tomos.

4.8 Metais


35

O carter metlico refere-se s propriedades dos metais (brilhante ou lustroso,

malevel e dctil, os xidos formam slidos inicos bsicos e tendem a formar

ctions em soluo aquosa).

O carter metlico aumenta medida que descemos em um grupo. O carter metlico diminui ao longo do perodo. Os metais tm energias de ionizao baixas. A maioria dos metais neutros sofre oxidao em vez de reduo. Quando os metais so oxidados, eles tendem a formar ctions caractersticos. Todos os metais do grupo 1A formam ons M+. Todos os metais do grupo 2A formam ons M2+.

A maioria dos metais de transio tem cargas variveis. A maior parte dos xidos metlicos bsico:

xido metlico + gua hidrxido metlico Na2O(s) + H2O(l) 2NaOH(aq)

4.9 No-metais

Os no-metais apresentam um comportamento mais variado do que os metais. Quando os no-metais reagem com os metais, os no-metais tendem a ganhar

eltrons:

metal + no-metal sal 2Al(s) + 3Br2(l) 2AlBr3(s)

A maior parte dos xidos no-metlicos cido:

xido no-metlicos + gua cido P4O10(s) + H2O(l) 4H3PO4(aq)

4.10 Metalides


36

Os metalides tm propriedades intermedirias entre os metais e os no-metais. Exemplo: o Si tem brilho metlico, mas quebradio. Os metalides so famosos na indstria de semicondutores.


37

Unidade 5 - Ligaes qumicas

5.1 Conceitos

Ligao qumica: a fora atrativa que mantm dois ou mais tomos unidos. Ligao inica: resulta da transferncia de eltrons de um metal para um no-

metal.

Ligao covalente: resulta do compartilhamento de eltrons entre dois tomos. Normalmente encontrada entre elementos no-metlicos. Os exemplos mais

familiares de ligaes covalentes so vistos nas interaes entre elementos no-

metlicos. Exemplo: Br2; C12H22O11.

Ligao metlica: a fora atrativa que mantm metais puros unidos. So encontradas em metais como o cobre, ferro, alumnio. Nesses metais cada tomo

est ligado a vrios tomos vizinhos. Os eltrons ligantes esto relativamente

livres para mover-se pela estrutura tridimensional do metal. As ligaes

metlicas do origem a tais propriedades metlicas como altas condutividades

eltricas e brilho. Exemplo: Au; Cu

5.2 Smbolos de Lewis

O qumico americano G. N. Lewis sugeriu uma maneira simples de mostrar os eltrons

de valncia dos tomos.

O smbolo do elemento representa o ncleo e os eltrons das camadas internas. Os

eltrons da camada de valncia so representados por pontos, que so colocados em

torno do smbolo.

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 por pontos desemparelhados.

Esses smbolos so chamados smbolos de Lewis. Geralmente colocamos os eltrons nos quatro lados de um quadrado ao redor do

smbolo do elemento.


38

5.3 A regra do octeto

Na natureza, todos os sistemas tendem a adquirir a maior estabilidade possvel. Os tomos ligam-se uns aos outros para aumentar a sua estabilidade.

Os tomos frequentemente ganham, perdem ou compartilham seus eltrons para atingir o nmero de eltrons do gs nobre mais prximo deles na tabela

peridica.

A regra do octeto: os tomos tendem a ganhar, perder ou compartilhar eltrons at que eles estejam rodeados por 8 eltrons de valncia (4 pares de eltrons).

Um octeto de eltrons que cerca um tomo considerado uma configurao estvel.

Todos os gases nobres, com exceo do He, tm uma configurao s2p6. Os gases nobres tm distribuies eletrnicas muito estveis, como evidenciados

por suas altas energias de ionizao, baixas afinidades por eltrons e deficincia

geral de reatividade.

Cuidado: existem vrias excees regra do octeto.

5.4 Ligao Inica

Resulta da transferncia de um ou mais eltrons de um tomo para outro.

O termo ligao inica refere-se s foras eletrostticas que existem entre ons de cargas

de sinais opostos. Ocorre quando um ou mais eltrons so transferidos da camada de

valncia de um tomo para a camada de valncia para outro tomo.

O tomo que perde um ou mais eltrons torna-se um on positivo (ction), enquanto que

o tomo que ganha eltrons torna-se negativamente carregado, um nion.

As substncias inicas geralmente so resultantes da interao de metais do lado

esquerdo da tabela peridica, com no-metais do lado direito (excluindo-se os gases

nobres, do grupo 8A). Exemplo: NaCl; NiO.

Quando o sdio metlico, Na(s), colocado em contato com o gs cloro, Cl2(g), ocorre

uma reao fortemente exotrmica, liberando tanto calor quanto luz.

Na(s) + Cl2(g) NaCl(s) Hf = - 410,9 kJ

O cloreto de sdio composto de ons Na+ e Cl

-, arranjados em uma rede tridimensional

regular.

A formao do Na+ a partir do Na e de Cl

- a partir de Cl2 indica que o tomo de sdio

perdeu um eltron e um tomo de cloro ganhou um. A transferncia de eltrons para

formar ons de cargas opostas ocorre quando tomos envolvidos diferem enormemente

em suas atraes por eltrons. O NaCl um composto comum porque consiste em um

metal de baixa energia de ionizao e um no-metal com alta afinidade por eltrons.

5.5 Energias envolvidas na formao da ligao inica

A principal razo para os compostos inicos serem estveis a atrao entre os ons de

cargas opostas. Essa atrao mantm os ons unidos, liberando energia e fazendo com

que eles formem um arranjo ou rede. Uma medida da quantidade de energia necessria

para a estabilizao que se obtm quando os ons de cargas opostas so agrupados em

um composto inico dada pela energia de rede.


39

Energia de rede a energia requerida para separar completamente um mol de um

composto inico em ons gasosos.

NaCl(s) Na+ (g) + Cl- (g) Hrede = + 788 kJ /mol (endotrmico)

O processo oposto, portanto, a aproximao do Na+ (g) + Cl

- (g) para formar NaCl(s)

altamente exotrmico (H = - 788 kJ /mol). O valor da energia de rede de um slido depende das cargas dos ons, de seus tamanhos

e de seus arranjos no slido. O estudo da Termoqumica nos mostra que a energia de

interao entre duas partculas carregadas dada por:

Onde:

Q1 e Q2 so as cargas nas partculas;

d a distancia entre seus centros e

k uma constante, 8,99 109 Jm/C

2.

A equao anterior indica que as interaes de atrao entre dois ons com cargas de

sinais contrrios aumentam medida que os mdulos de suas cargas tambm aumentam

e que a distncia de seus centros diminui, isto , que seus raios diminuem, lembrando

que os tamanhos dos ons aumentam medida que descemos um grupo na tabela

peridica.

Energias de rede de alguns compostos inicos

Composto

Energia de rede

(kJ/mol)

Composto

Energia de rede

(kJ/mol)

LiF 1030 KBr 671

LiCl 834 CsCl 657

LiI 730 CsI 600

NaF 910 MgCl2 2326

NaCl 788 SrCl2 2127

NaBr 732 MgO 3795

NaI 682 CaO 3414

KF 808 SrO 3217

KCl 701 ScN 7547

5.6 Configuraes eletrnicas de ons dos elementos representativos

O estudo das energias envolvidas na formao da ligao inica ajuda a explicar a

tendncia que muitos ons possuem da adquirir configuraes eletrnicas de gs nobre.

Por exemplo, o sdio perde rapidamente um eltron para formar Na+, que tem a mesma

configurao eletrnica do Ne:

Na 1s2 2s

2 2p

6 3s

1 = [Ne] 3s

1

Na+

1s2 2s

2 2p

6 = [Ne]

Mesmo que a energia de rede aumente com o aumento da carga inica, nunca

encontraremos compostos inicos que contenham ons Na2+

. O segundo eltron a ser

removido teria de vir de um nvel mais interno do tomo de sdio, que requer uma

d

QQEl

21


40

quantidade muito grande de energia. O aumento da energia de rede no suficiente para

compensar a energia necessria remoo de um eltron de um nvel mais interno.

Assim, o sdio e os outros elementos metlicos do grupo 1A so encontrados em

substncias inicas com apenas ons 1+.

Do mesmo modo, a adio de eltrons aos no-metais exotrmica ou apenas

ligeiramente endotrmica desde que os eltrons sejam adicionados ao nvel de valncia.

Portanto, um tomo de cloro recebe facilmente um eltron para formar Cl-, que tem a

mesma configurao eletrnica do Ar:

Cl 1s2 2s

2 2p

6 3s

23p

5 = [Ne] 3s

23p

5

Cl- 1s

2 2s

2 2p

6 3s

23p

6 = [Ne] 3s

23p

6 = [Ar]

Um segundo eltron teria que ser adicionado ao prximo maior nvel do tomo de cloro,

que seria energicamente muito desfavorvel. Conseqentemente, nunca observaremos

Cl2-

em compostos inicos.

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

5.7 ons de metais de transio

Como as energias de ionizao aumentam de forma rpida para cada eltron removido

sucessivamente, as energias de rede dos compostos inicos so em geral grandes o

suficiente para compensar apenas a perda de trs eltrons dos tomos. Naturalmente,

encontramos ctions com cargas 1+, 2+ ou 3+ em compostos inicos. Entretanto,

muitos metais de transio tm mais de trs eltrons alm do cerne do gs nobre.

Para formao do ction precisamos lembrar que quando os eltrons so removidos de

um tomo para formar um ction, eles sempre so removidos primeiro do orbital com

maior nmero quntico principal disponvel, n. Portanto, para formar ons, os metais de

transio perdem primeiro os eltrons s do nvel de valncia, em seguida, tantos eltrons

d quantos necessrios para atingir a carga do on.

Consideremos o ferro com configurao eletrnica [Ar] 3d64s

2 ao formar o ction Fe

2+,

os dois eltrons 4s so perdidos, levando a uma configurao eletrnica [Ar] 3d6. A

remoo de um eltron adicional fornece o on F 3+, cuja configurao eletrnica

[Ar] 3d5

Como nesse exemplo, os metais de transio quase sempre no formam ons com

configuraes de gases nobres.

Portanto:

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).

5.8 ons poliatmicos

Os ons poliatmicos so formados quando h uma carga global em um composto contendo ligaes covalentes. Por exemplo, SO4

2-, NO3

-.


41

5.9 Ligao Covalente

So ligaes que ocorrem pelo compartilhamento de par ou pares de eltrons.

Normalmente ocorre entre no-metais, entre semi-metais (metalides) ou entre ambos.

Numa situao rara, o Berlio (Be), apesar de ser um metal, tambm participa das

ligaes covalentes.

O compartilhamento de um par de eltrons constitui uma ligao covalente simples. Em

muitas molculas, os tomos atingem os octetos pelo compartilhamento de mais de um

par de eltrons entre eles. Quando dois pares de eltrons so compartilhados, dois traos

so desenhados na frmula estrutural plana, representando uma ligao covalente dupla.

Uma ligao covalente tripla corresponde ao compartilhamento de trs pares de

eltrons, como na molcula de N2.

Ocorre quando um tomo est estvel e possui um ou mais pares de eltrons no

ligantes e outro tomo que est com deficincia de eltron. O tomo que possui o par de

eltrons livres compartilha este par de eltrons com o outro tomo.

Logo:

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.

5.10 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:

5.11 Ligaes mltiplas

possvel que mais de um par de eltrons seja compartilhado entre dois tomos (ligaes mltiplas):


42

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 que o nmero de pares de eltrons compartilhados aumenta.

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.

5.12 Polaridade da ligao e eletronegatividade

Quando dois tomos iguais se ligam, como em O2 ou Cl2, os pares de eltrons da

ligao so compartilhados igualmente. Como j sabemos, em compostos inicos no

existe compartilhamento de eltrons e sim formao de ons onde o eltron de um

tomo transferido completamente para outro. As ligaes que acontecem na maioria

das substncias covalentes encaixam-se em algum ponto entre esses dois extremos.

O conceito de polaridade de ligao ajuda a descrever o compartilhamento de eltrons

entre os tomos. Uma ligao covalente apolar aquela na qual os eltrons esto

igualmente compartilhados entre dois tomos. Em uma ligao covalente polar um dos

tomos exerce uma maior atrao pelos eltrons ligantes que o outro. Se a diferena de

habilidade relativa em atrair eltrons grande o suficiente, uma ligao inica

formada.

5.12.1 Eletronegatividade

Define-se eletronegatividade como a capacidade de um tomo em atrair eltrons para si

em uma molcula. Usamos essa grandeza para estimar se determinada ligao ser

covalente apolar, covalente polar ou inica. A eletronegatividade de um tomo em uma

molcula est relacionada sua energia de ionizao e a sua afinidade eletrnica, que

so propriedades de tomos isolados.

A energia de ionizao a energia necessria para remover um eltron de um tomo gasoso em seu estado fundamental. Portanto, a energia de ionizao mede

quo fortemente um tomo segura seus eltrons. Quanto maior o tamanho do

tomo menor ser sua energia de ionizao.

Variao da energia de ionizao na tabela peridica: num mesmo grupo

aumenta de baixo para cima, e, num mesmo perodo da esquerda para a direita.

A afinidade eletrnica, de forma similar, uma medida de quo facilmente um tomo atrai eltrons adicionais. a energia liberada quando um tomo isolado,

no estado gasoso, captura um eltron. Portanto, quanto menor for o tamanho do tomo maior ser a sua afinidade eletrnica

Variao da afinidade eletrnica na tabela peridica: num mesmo grupo

aumenta de baixo para cima, num mesmo perodo da esquerda para a direita.

Logo, um tomo com afinidade eletrnica muita negativa e alta energia de

ionizao tanto trair eltrons de outros tomos quanto resistir em ter seus

eltrons atrados por outros, alm de ser altamente eletronegativo.

Os valores numricos da eletronegatividade podem ser baseados em outras propriedades

atmicas, mas dependem, principalmente, da afinidade eletrnica e do potencial de

ionizao, ou seja, quanto menor o tamanho do tomo e maior for seu nmero de


43

eltrons na camada de valncia, mais eletronegativo ser este tomo (quanto menor o

tomo maior a tendncia do tomo em atrair eltrons e tomos com maior nmero de

eltrons na camada de valncia exercem maior atrao sobre os eltrons de outros

tomos).

A primeira e mais usada escala de eletronegatividade foi desenvolvida por Linus

Pauling. Os valores so sem unidades. O flor, F, o elemento mais eletronegativo,

com eletronegatividade igual a 4,0 e os elementos menos eletronegativos (ou os mais

eletropositivos) so o csio, Cs e o Frncio, (Fr), ambos com eletronegatividade iguais a

0,7. Os valores de outros elementos esto entre esses dois extremos.

5.12.2 Eletronegatividade e polaridade da ligao

Podemos usar a diferena de eletronegatividade entre dois tomos para medir a

polaridade da ligao entre eles. Essa diferena representada por (delta), que calculada subtraindo-se a maior pela menor eletronegatividade. Por exemplo, a

eletronegatividade do hidrognio igual a 2,1 e a do cloro igual a 3,0. A diferena de

eletronegatividade para HCl ser, ento, = 3,0 2,1 = 0,9. Na prtica, as diferenas de eletronegatividade variam entre 0,0 e 3,3. No existe uma linha divisria clara entre

uma ligao covalente polar e uma inica, porm a maioria dos compostos covalentes

polares possui diferena de eletronegatividade menor do que 1,7 e maior do que zero (0

< < 1,7) e os compostos inicos possuem diferena de eletronegatividade maior do que 1,7 e menor ou igual a 3,3 (1,7 < 3,3). Quanto maior for a diferena de eletronegatividade, maior ser a polaridade da ligao, e no caso extremo, ocorre a

perda de eltron pelo tomo menos eletronegativo, surgindo a ligao inica.

Excees: O hidreto de ltio, (LiH), e o hidreto de sdio, (NaH), possuem < 1,7, mas so considerados substncias inicas, devido s suas propriedades serem de compostos

inicos. O dixido de silcio, (SiO2), possui = 1,7, porm, devido s suas propriedades considerado um composto covalente, pois apresenta propriedades covalentes. O cido

fluordrico, (HF), possui = 1,9, no entanto, considerado um composto covalente, pois apresenta propriedades covalentes.

Quando tomos de um mesmo elemento qumico compartilham os eltrons numa

ligao, no haver diferena de eletronegatividade, levando formao de uma ligao


44

covalente apolar. A distribuio de eltrons se faz de uma maneira simtrica. Exemplo:

H2, O2, Cl2, etc.

Quando a ligao covalente se faz por tomos diferentes, o tomo mais eletronegativo

atrai mais para si os eltrons, resultando numa ligao covalente polar. Exemplo: HCl,

HF, HCN, H20, etc. Nestes casos, o deslocamento de eltrons para o tomo mais

eletronegativo provoca o aparecimento de cargas parciais + (delta mais) e - (delta menos) nos tomos. Os smbolos + e - no HF, por exemplo, o flor que mais eletronegativo, atrai a densidade eletrnica afastando-a do tomo de hidrognio, menos

eletronegativo. Portanto, parte da densidade eletrnica ao redor do tomo de hidrognio

puxada para o ncleo do flor, deixando uma carga parcial positiva no tomo de

hidrognio e uma carga parcial negativa no tomo de flor. Podemos representar a

distribuio de cargas como:

Comparando a molcula de HCl com a molcula de HF, nota-se que a polarizao

mais acentuada no HF, devido maior diferena de eletronegatividade entre os tomos

participantes da ligao. Para comparar as intensidades da polarizao de diferentes

ligaes, utiliza-se normalmente a escala de eletronegatividade proposta por Pauling.

Essa escala pode ser representada simplificadamente por:

H P C S I Br Cl N O F

------------------------------ eletronegatividade crescente

Lembramos que em uma ligao inica, ocorre transferncia definitiva de eltrons,

acarretando a formao de ons positivos (ctions) ou negativos (nions), originando

compostos inicos. Como todos os ons apresentam excesso de cargas eltricas positivas

ou negativas, elas sempre tero plos, portanto, toda ligao inica uma ligao polar.

A partir dos itens discutidos, estabelecemos a seguinte relao:

Ligao covalente apolar; ligao covalente polar; ligao inica

---------------------------------------------------------------------------------------------------- Polaridade crescente

Resumindo:

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 em ligaes covalentes polares (compartilhamento de eltrons desigual);

as diferenas de eletronegatividade prximas a 3 resultam em ligaes inicas (transferncia de eltrons).

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 -.

+

-


45

5.14 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).

5.15 Cargas formais

A frmula eletrnica de Lewis um modelo de distribuio de eltrons na molcula ou

num composto inico. Quando possvel ter duas ou mais estruturas de Lewis, devemos

observar a viabilidade dessas estruturas. Para tanto, devemos determinar as cargas

formais de cada tomo numa ligao qumica.

A carga formal de um tomo a carga que um tomo teria em uma molcula se todos

os outros tomos tivessem a mesma eletronegatividade (isto , se todos os pares de

eltrons ligantes estivessem igualmente compartilhados entre os tomos).

Para calcular a carga formal em qualquer tomo em uma estrutura de Lewis, atribumos

os eltrons aos tomos como a seguir:

1 - Todos os eltrons no compartilhados (no ligantes) so atribudos ao tomo no qual

esto localizados;

2 - A metade dos eltrons ligantes atribuda a cada tomo da ligao.

A carga formal de um tomo igual ao nmero de eltrons de valncia do tomo

isolado no estado fundamental menos o nmero de eltrons atribudos ao tomo na

estrutura de Lewis.

Exemplo: calculando as cargas formais nos tomos de C e N no on cianeto (CN)-, que

tem a estrutura de Lewis:

Carga formal do C: existem dois eltrons no ligantes e trs eltrons dos seis na ligao

tripla, dando um total de 5. O nmero de eltrons de valncia do tomo de carbono 4.

Portanto, a carga formal no carbono 4 5 = -1. Carga formal do N: para o nitrognio, existem dois eltrons no ligantes e trs eltrons

da ligao tripla. Como o nmero de valncia em um tomo neutro de N 5, sua carga

formal 5 5 = 0. Assim, as cargas formais dos tomos, na estrutura de Lewis, do CN- so:

Observe que a soma das cargas formais igual carga total no on, 1-. As cargas

formais em uma molcula somam zero, enquanto a soma em um on ser igual carga

do on.

Qr


46

Para mostrar como a carga formal pode ajudar a verificar entre duas estruturas de Lewis

alternativas qual delas a mais estvel, vamos considerar a molcula de CO2 que pode

apresentar as seguintes estruturas de Lewis:

O C O O C O Estrutura 1 Estrutura 2

Determinao das cargas formais:

Para a estrutura 1:

Carga formal para o oxignio da esquerda: 6 6 = 0; Carga formal para o carbono: 4 4 = 0; Carga formal para o oxignio da direita: 6 6 = 0. Para a estrutura 2:

Carga formal para o oxignio da esquerda: 6 7 = -1; Carga formal para o carbono: 4 4 = 0; Carga formal para o oxignio da direita: 6 5 = +1. Em virtude de CO2 ser uma molcula neutra, as cargas formais em ambas as estruturas

somam zero.

Como regra geral, quando vrias estruturas so possveis, para a escolha da mais estvel

deve-se levar em considerao os seguintes itens:

a) os tomos ostentem cargas formais muito prximas de zero e b) qualquer carga negativa esteja localizada nos tomos mais eletronegativos.

Dessa forma, a estrutura 1 a preferida porque os tomos no carregam cargas formais.

Apesar de o conceito de carga formal ajudar-nos a escolher estruturas de Lewis

alternativas, cargas formais no representam cargas reais nos tomos

5.16 Desenhando a estrutura de Lewis

1. Some os eltrons de valncia de todos os tomos. Para um nion, adicione um eltron para cada carga negativa. Para um ction, subtraia um eltron para cada

carga positiva.

2. Escreva os smbolos para os tomos a fim de mostrar quais tomos esto ligados entre si e una-os com uma ligao simples. As frmulas qumicas so

geralmente escritas na ordem nos quais os tomos esto ligados na molcula ou

on, como no HCN. Quando um tomo central tem um grupo de outros tomos

ligados a ele, o tomo central normalmente escrito primeiro, como no CO3-2

.

3. Complete o octeto dos tomos ligados ao tomo central. Lembre-se de que o hidrognio pode ter apenas dois eltrons.

4. Coloque os eltrons que sobrarem no tomo central, mesmo que ao fazer isso voc fuja da regra do octeto.

5. Se no existem eltrons suficientes para dar ao tomo central um octeto, tente ligaes mltiplas. Use um ou mais pares de eltrons no compartilhados dos

tomos ligados ao tomo central para formar ligaes duplas ou triplas.

5.17 Estruturas de ressonncia

Algumas vezes no possvel representar um composto por uma nica estrutura de

Lewis. Consideremos a molcula de oznio (O3), por exemplo:


47

A estrutura I apresenta a dupla ligao esquerda e a estrutura II direita. A

representao com ambas as estruturas pode ser uma soluo vlida, porm, no o ,

uma vez que evidncias experimentais mostram que as ligaes entre os oxignios O O so equivalentes. Uma ligao dupla tipicamente mais forte e mais curta que uma

ligao simples entre os mesmos tomos. No O3 ambas as ligaes possuem a mesma

fora e os comprimentos das duas ligaes so iguais (1,278). Como as estruturas I e

II nos levam a esperar uma ligao mais curta que a outra nenhuma serve para

representar a estrutura de Lewis do oznio. A estrutura da molcula de oznio

conhecida como um hbrido de ressonncia das estruturas I e II e no pode ser

representada satisfatoriamente por uma simples estrutura de Lewis. Cada ligao

oxignio-oxignio no simples nem dupla, mas intermediria entre essas duas.

Exemplos comuns: O3, NO3-, SO4

2-, NO2 e 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 ligaes C-C tm o mesmo comprimento.

Da mesma forma, sua estrutura mostra que o benzeno plano.

5.18 Excees regra do octeto

A regra do octeto pode ser utilizada para prever as frmulas de muitas substncias, no

entanto, alm de ter suas limitaes para tratar com compostos inicos de metais de

transio, tambm falha em muitas situaes envolvendo ligaes covalentes. Essas

excees regra do octeto so de trs tipos principais:

5..3 Molculas nos quais os tomos adquirem estabilidade com menos de oito 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.

O berlio

Embora o berlio seja classificado como um metal alcalino terroso, ele no se

comporta como um metal devido ao fato de apresentar altas energias de ionizao

para seus dois eltrons da camada de valncia. Assim, o berlio atinge a estabilidade

com duas ligaes simples. No entanto, apesar de ficar com seus eltrons de

valncia emparelhados, apresenta somente quatro eltrons em sua camada de

valncia, aps as ligaes.

Exemplo: difluoreto de berlio (BeF2).


48

O boro

O boro forma um composto estvel quando, por meio de trs ligaes covalentes

simples, se liga a trs tomos de flor, constituindo o trifluoreto de boro (BF3).

Quando o boro, que apresenta trs eltrons de valncia, liga-se aos tomos de flor,

que apresentam sete eltrons de valncia, fica com todos seus eltrons

emparelhados, mas apresenta somente seis eltrons

Apostila Quimica Geral 2011

Documents

Transcript of Apostila Quimica Geral 2011