PQI2110 QUÍMICA TECNOLÓGICA GERAL

INTRODUÇÃO ÀS LIGAÇÕES QUÍMICAS

Tabela Periódica 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

H He 1 Hydrogen

Helium

Li Be B C N O F Ne 2 Lithium Beryllium Boron Carbon Nitrogen Oxygen Fluorine Neon

Na Mg Al Si P S Cl Ar 3 Sodium Magnesium

Aluminum Silicon Phosphorus Sulfur Chlorine Argon

K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 4 Potassium Calcium Scandium Titanium Vanadium Chromium Manganese Iron Cobalt Nickel Copper Zinc Gallium Germanium Arsenic Selenium Bromine Krypton

Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 5 Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdenum Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silver Cadmium Indium Tin Antimony Tellurium Iodine Xenon

Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 6 Cesium Barium Hafnium Tantalum Tungsten Rhenium Osmium Iridium Platinum Gold Mercury Thallium Lead Bismuth Polonium Astatine Radon

Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Uun Uuu Uub 7 Francium Radium Unnilquadium Unnilpentium Unnilhexium Unnilseptium Unniloctium Unnilennium Ununnilium Unununium Ununbium

* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

Lanthanum Cerium Praseodymium Neodymium Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium

** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium

Introdução

• Sistemas no universo tendem a buscar a situação de maior estabilidade;

• Os átomos raramente são encontrados em forma isolada;

• A grande maioria dos átomos são encontrados sob forma combinada.

Átomos isolados constituem-se em sua maioria entidades com alta energia

• A busca por uma configuração estável – A regra do octeto.

• Como os átomos podem atingir este tipo de configuração:– Perdendo;– Recebendo;– Compartilhando.

• Normalmente apenas os elétrons mais externos se envolvem neste processo.

Introdução

A forma como os elementos atingem a configuração mais estável define o tipo de

ligação.

Eletronegatividade na TP

Ligações químicas• A eletronegatividade dos elementos

químicos define o tipo de ligação que será formada.

• Tipos de ligação:– Iônicas;– Covalentes;– Metálicas.

Poucas ligações são 100% iônicas, covalentes ou metálicas

Transições entre ligações

F2 IF7 SF6 PF5 SiF4 AlF3 MgF2 CsF

I2 ClF OF2 NF3 CCl4 BF3 BeF2 Na2O

S

Te

As

Sn

AgLi

Na3N

Na3PNa3As

Na3Sb

Na3Bi

Metálicas

Covalentes Iônicas

Tipos de arranjos formados nas ligações

• Moléculas:– Quantidade de átomos definida;– Geometria definida;– Ligações covalentes.

• Cristais:– Principalmente ligações metálicas e

iônicas;– Formam arranjos tridimensionais;– Cristais covalentes.

Os elétrons em torno do núcleo

O modelo de Bohr (1913)

Prêmio Nobel de Física em 1922

Os elétrons em torno do núcleo

Aplicou a quantização à teoria atômica – explica porque os elétrons só absorvem determinados comprimentos de onda.

De acordo com a teoria de Bohr o átomo só emitirá ou absorverá energia quando o elétron passar de uma órbita para outra.

A órbita do elétron em torno do núcleo é circular.

Refinamentos na teoria de Bohr• O espectro de emissão de átomos não

são compostos por linhas isoladas – cada linha é composta por várias linhas muito próximas.

• Números quânticos introduzidos para explicar os espectros:– Principal (n) – 1, 2, 3, ...– Secundário ou azimutal (l) – 0, 1, ..., (n-1)– Magnético (m) - -l, ..., 0, ..., +l– Spin (ms) - + ½

Orbitais atômicos• LUZ – tem natureza dual – partícula e onda.• De Broglie (1924) – propôs que todas as

partículas (inclusive os elétrons) deveriam ter natureza dual – provado pela difração.

• Princípio da incerteza (HEISENBERG) – não é possível determinar com certeza a velocidade e a posição de uma partícula, se ela se comporta como uma onda.

h = 6,6262 x 10-34 J.s (PLANCK)px > h/4

Incerteza na velocidade de um elétron situado dentro de um diâmetro típico de um átomo (200 pm) - ± 150 km/s

Orbitais atômicos• Cálculos do modelo de Bohr exigem uma determinação

precisa de posição e velocidade do elétron.• Aplicações dos princípios da mecânica ondulatória para

definir a estrutura eletrônica dos átomos e a forma dos orbitais ocupados pelos elétrons.

• Equação de Schrödinger (função de onda aplicada ao movimento dos elétrons) – descreve o orbital.

• Probabilidade de encontrar um elétron em algum ponto do espaço (densidade de probabilidade):

12

dxdydz

Se quisermos ter a certeza completa de onde estará um elétron teríamos que desenhar um orbital do tamanho do

universo!!!

• Região do espaço onde o elétron passa 95% de seu tempo.

• Região definida por uma função de onda matemática – solução da equação de Schrödinger.

• Cada orbital atômico definido por três números quânticos:– n – 1, 2, 3, ... (principal – tamanho)– l – 0, 1, 2, ..., (n-1) (secundário – forma)– m - -l, ..., 0, ..., +l (magnético – orientação)

Orbitais atômicos

Cada orbital atômico pode ser definido inequivocamente pelos três números

quânticos

Orbitais atômicos e as camadas eletrônicas

n l m Símbolo

1 0 0 1s

2 0 0 2s

2 1 -1, 0, +1 2p

3 0 0 3s

3 1 -1, 0, +1 3p

3 2 -2, -1, 0, +1, +2 3d

4 0 0 4s

4 1 -1, 0, +1 4p

4 2 -2, -1, 0, +1, +2 4d

4 3 -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 4f

Regiões de densidades de probabilidade em função da distância do núcleo: 95%

Os orbitais “s”- Simetria esférica – densidade de probabilidade varia apenas com r.- Tamanho da esfera e nº de máximos da distribuição aumentam com n.- Probabilidade de encontrar os elétrons é igual em todas as direções.- Número quântico secundário (l) é igual a zero (m = 0) – apenas 1 orbital.

Os orbitais “2p”

Regiões de densidades de probabilidade em função da distância do núcleo: 95%

- Solução da equação de Schrödinger () depende da distância e da orientação do orbital no espaço (x, y, z) – três orbitais (l = 1; m = -1, 0, 1);- Duas regiões distintas e simétricas com mesma densidade de probabilidade de encontrar o elétron – têm simetria de rotação em torno do eixo que passa pelo núcleo.

Regiões de probabilidade definidas pela resolução da equação de Schrödinger (95%)

Os orbitais “3p”

Regiões de probabilidade definidas pela resolução da equação de Schrödinger (95%)

Os orbitais “3d”

x2-y2 x-y x-z

y-z z2

- 5 orbitais (l = 2; m = -2, -1, 0, 1, 2).

- Solução da equação de Schrödinger depende da distância radial e de duas direções no espaço.

Alguns aspectos importantes• A energia do elétron no orbital atômico não varia

com sua localização.• A energia do elétron (soma das energias cinética e

potencial) é constante, o que pode variar é a contribuição de cada uma delas para o total, segundo o posicionamento do elétron em relação ao núcleo.

• Cada orbital atômico pode conter no máximo dois elétrons.

• Princípio de exclusão de Pauli – não existem elétrons com os quatro números quânticos iguais.

• Regra de Hund para distribuição eletrônica.• A seqüência dos níveis energéticos.

Distribuição espacial dos átomos:CRISTAIS

• Estruturas tridimensionais organizadas.• Compostos metálicos e iônicos:

– Metálicos – todos os átomos são iguais;– Iônicos – composto por cátions e ânions.

• As unidades mínimas se repetem indefinidamente nas três direções do espaço.

• As dimensões de um cristal podem variar de alguns nanômetros a vários centímetros.

• Cristais covalentes.

Cristais

• Número de coordenação:– Depende do arranjo cristalino assumido

pelos átomos.– Depende de fatores geométricos.

• Admitimos que os átomos ou íons são esferas rígidas.

• Estruturas cristalinas mais comuns.

CCC

• Número de coordenação – 8.

• Número de átomos por célula unitária – 2.

• Fator de empacotamento (FE) – (volume dos átomos na célula/volume da célula) = 0,68.

• Cálculo da densidade – (massa dos átomos da célula unitária/volume da célula unitária)

• Cr, W, Mo, Fe(), Nb, V.ra

3

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Construção do retículo CCC

CFC

• Número de coordenação – 12.

• Número de átomos por célula unitária – 4.

• Fator de empacotamento – 0,74 (mais compacto que o CCC).

• Cálculo da densidade -

• Al, Ni, Cu, Ag, Au Pt, Fe().

ra 22

Construção do retículo CFC

HC

• Número de coordenação.• Número de átomos por célula unitária – 2 (porém o prisma hexagonal da Figura, mais fácil de visualizar espacialmente possui 6 átomos).• Fator de empacotamento – 0,74 (tão compacto quanto o CFC)• Cálculo da densidade.• Be, Mg, Zn e Co.

Construção do retículo HC

Diferenciando o CFC do HC

CFC HC

Diferenciando o CFC do HC

Empilhamento de planos cristalinos

ABC-ABC AB-AB

Vazios em estruturas cristalinasImportante para compostos iônicos – são os

locais onde irão se acomodar os íons menores (geralmente os cátions)

Cristais covalentes

DiamanteGrafite

Sílica