Ligação Química Q&T

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Ligações Químicas
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Ligações Químicas
Uma ligação química é uma união entre átomos.
Ligação Iônica Ligação Covalente Ligação Metálica
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Ligações Iônicas
 As ligações iônicas resultam na atração eletrostática de íons com cargas opostas.
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 A energia de ionização do sódio é 494 kJ mol-1.
Na(g) → Na+ (g) + e- (g)
 energia requerida = 494 kJ mol-1.
 A afinidade eletrônica dos átomos de cloro é +349 kJ mol-1,
 
 Cl(g) + e-(g) → Cl- (g)
 energia liberada = 349 kJ mol-1
 O balanço de energia é 494 – 349 = +145 kJ mol-1, um ganho de energia. 
 O gás de íons sódio e cloro totalmente separados tem energia mais alta que um gás de átomos de sódio e cloro.
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Não há razão para se formar NaCl?
Na+(g) + Cl-(g) →NaCl (s)
 energia liberada = 787 kJ mol-1
 a mudança de energia líquida no processo global:
Na(g) + Cl(g) → NaCl (s)
é 145 – 787 = - 642 kJ mol-1, um enorme decréscimo de energia.
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 Um cristal de cloreto de sódio tem uma energia mais baixa do que um gás de átomos de sódio e cloro, totalmente separados.
 Forte atração eletrostática entre os íons de 
cargas opostas.
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 As configurações eletrônicas 
11Na 1s2 2s2 2p6 3s1 
17Cl 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
Os símbolos de Lewis
 mostram os elétrons de valência quando os átomos formam ligações iônicas.
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Compartilhamento dos elétrons
Ligação Covalente
 Os elementos não-metálicos não formam cátions monoatômicos caracteristicamente, porque suas energias de ionização são muito altas.
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Diagrama de nível
Representação do H2
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Estruturas de Lewis
Desenho das estruturas
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Fórmula eletrônica ou de Lewis
Fórmula estrutural
Fórmula molecular
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Teoria de ligação de valência
Interpretação da teoria de Lewis sobre o ponto de vista da mecânica quântica
Ligação tipo sigma 
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Ligação tipo sigma 
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Ligação tipo sigma 
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Ligação tipo pi 
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Hibridação
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wine1.sb.fsu.edu/.../Geometry/Hybrid/Geom05.htm 
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BF3
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Quatro ligações covalentes com somente dois orbitais
 semi-preenchidos?
intro.chem.okstate.edu/.../Lec11601.html 
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Hibridação sp3
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Hibridação sp2
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Hibridação sp
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Ligação covalente 
polar
apolar
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Teoria do orbital molecular
Após a sobreposição ocorre a formação do orbital molecular
 A TOM considera que os orbitais atômicos da camada de valência dos dois átomos ligantes deixam de existir quando a molécula se forma, sendo substituídos por um novo conjunto de níveis energéticos que correspondem a novas distribuições da nuvem eletrônica. Estes dois novos níveis são chamados orbitais moleculares. 
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Os diagramas de energia dos orbitais moleculares: 
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 Combinação dos orbitais para o H2
 Diagrama dos níveis de energia
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O preenchimento dos orbitais moleculares: 
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 Na teoria dos orbitais moleculares a ordem de ligação é definida como:
 
elétrons ligantes - elétrons antiligantes                                2
Assim, a ordem de ligação na molécula de H2 é1, enquanto na molécula hipotética de He2 é 0.
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 Combinação dos orbitais para o boro
 Diagrama dos níveis de energia
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 E distribuirmos os seis elétrons do oxigênio de acordo: 
http://inorgan221.iq.unesp.br/quimgeral/misterios/misterios.html
 Podemos aproximar então o segundo oxigênio:
 Estamos prontos para unir os dois átomos em uma molécula de oxigênio. Os 2s OA's vão se unir formando o par de OM's s e s *, 
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Se construirmos o diagrama de energia, ele ficará mais ou menos assim:
mostra claramente que a molécula de oxigênio possui dois elétrons não emparelhados, o que dá conta do paramagnetismo da molécula. 
E
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monóxido de nitrogênio. Com um elétron a menos - o nitrogênio tem só cinco elétrons de valência - o tal diagrama ficaria assim:
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Assim, as energias dos MOs para B2, C2 e N2 são mostradas na Figura 19a
para O2, F2 e Ne2 na Figura 19b.
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http://www.chem.ufl.edu/~chm2040/Notes/Chapter_12/theory.html
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http://people.deas.harvard.edu/~jones/es154/lectures/lecture_2/covalent_bond/covalent_bond.html
H
H
Na
Cl
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Ligação metálica
Ligação metálica: cátions unidos por um mar de elétrons deslocalizados
 A TOM também nos permite entender a formação da ligação metálica e a elevada condutividade elétrica dos metais. 
Em um pedaço de metal com N átomos existem 4N orbitais atômicos de valência que se combinam para gerar 4N orbitais moleculares, 2N ligantes e 2N antiligantes. 
Agora, tomemos como exemplo átomos de sódio, os quais possuem um elétrons de valência. Assim, serão ao todo N elétrons que ocuparão N/2 orbitais moleculares ligantes. 
Assim, a grande estabilidade das ligações metálicas advém da ocupação preferencial dos orbitais ligantes 
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Os níveis de energia em um metal são tão próximas que apenas quantidades muito pequenas de energia são necessárias para excitar os elétrons. Assim, estes podem mover-se livremente através do sólido, explicando sua alta condutividade elétrica. 
Devido ao número muito elevado de orbitais moleculares, os níveis de energia encontram-se tão próximos que formam uma espécie de banda quase contínua. Em um pedaço de 10 g de cobre, por exemplo, serão cerca de 1023 orbitais moleculares. 
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 A TOM e a Teoria das Bandas nos sólidos
 Semi-condutores
Em um semi-condutor, tem-se a formação de duas bandas distintas, uma de valência (região de orbitais completamente preenchidos) correspondente aos orbitais ligantes, e outra de condução (orbitais vazios ou parcialmente preenchidos), correspondente aos orbitais não ligantes. 
E
Banda de valência
Banda de condução
Como exemplo pode-se citar o silício e o germânio, os quais possuem 4 elétrons de valência. Assim, os 4N elétrons do sólido serão distribuídos preferencialmente nos 2N orbitais ligantes. Nos semi-condutores o espaçamento entre as bandas é relativamente pequeno, de maneira que elétrons são excitados para a banda de condução, provendo certa condutividade ao material. 
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A condutividade de um semi-condutor aumenta ou diminui com o aumento da temperatura? 
O comportamento de um semicondutor é contrário ao dos metais, para os quais a condutividade elétrica diminui com o aumento da temperatura pois, com o aumento da energia cinética dos átomos, aumenta o número de choques experimentado pelos elétrons em sua trajetória. 
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 Um artifício muito utilizado para aumentar a condutividade dos semi-condutores é o da dopagem do material com pequenas quantidades de um elemento do grupo 15 (ex. arsênio) ou do grupo 13 (ex. índio).