QUÍMICA - 2EM - ATV01
Transformações químicas como resultantes de quebra e
formação de ligações.
Competências e habilidades:
Reconhecer que há energia envolvida na quebra e formação de
ligações químicas.
LIGAÇÕES
QUÍMICAS
Transformações químicas como resultantes de
quebra e formação de ligações
Sabemos que nas transformações químicas se formam novos
materiais e que podemos explicar essa formação por meio do rearranjo dos átomos
que constituem as substâncias reagentes. Você pode se perguntar, admitindo a
ideia de formação de ligação entre os átomos, como esses rearranjos ocorrem.
Assim, vamos estudar a quebra e a formação de ligações químicas.
Energia de ligação é a energia necessária para romper 1 mol
de dada ligação em uma molécula ou que é a energia liberada na formação de 1 mol
de ligação na referida molécula.
Os átomos, na natureza, raramente ficam isolados, pois
tendem a se unir uns aos outros, formando tudo o que conhecemos na Terra — das
rochas aos seres vivos. Vamos explicar de que maneira os átomos se unem para
formar as substâncias químicas. Já vimos que cada substância tem sua fórmula —
a da água é H2O; a do sal comum, NaCl; a do gás carbônico é CO2,
e assim por diante. Mas como foi que os cientistas chegaram a essas fórmulas? A
História mostra que o caminho foi longo. No início do século XIX, Dalton
imaginava que os átomos se uniam sempre um a um (a fórmula da água seria HO).
Somente na metade do século XIX, a partir das ideias de Avogadro e Canizzaro, é
que se consolidou a noção de molécula que conhecemos atualmente. E só no início
do século XX foi explicada a participação dos elétrons nas ligações químicas.
LIGAÇÃO IÔNICA, ELETROVALENTE OU HETEROPOLAR
Tendo cargas elétricas opostas, os cátions e os ânions se
atraem e se mantêm unidos pela chamada ligação iônica, originando-se assim a
substância cloreto de sódio (Na+Cl-), que é
o sal comum usado em cozinha. Na prática, porém, uma reação não envolve apenas
dois átomos, mas um número enorme de átomos, de modo que no final teremos um
aglomerado envolvendo um número enorme de íons, como mostramos na ilustração
abaixo (com uso de cores-fantasia e sem escala).
A ligação iônica ocorre, em geral, entre átomos de metais
com átomos de não-metais, pois:
• os átomos dos metais possuem 1, 2 ou 3 elétrons na última
camada e têm forte tendência a perdê-los (veja os casos do Na, do Mg e do Al,
nos exemplos anteriores);
• os átomos dos não-metais possuem 5, 6 ou 7 elétrons na
última camada e têm acentuada tendência a receber mais 3, 2 ou 1 elétron e,
assim, completar seus octetos eletrônicos.
Ligação iônica é a força que mantém os íons unidos, depois
que um átomo cede definitivamente um, dois ou mais elétrons para outro átomo. Eletrovalência
é a carga elétrica do íon.
LIGAÇÃO COVALENTE, MOLECULAR OU HOMOPOLAR
Consideremos, como primeiro exemplo, a união entre dois
átomos do elemento hidrogênio (H) para formar a molécula da substância simples
hidrogênio (H2):
Nesta última representação, o traço (—) está indicando o
par de elétrons que os dois átomos de hidrogênio passam a compartilhar. Assim,
por comodidade, costuma-se representar uma ligação covalente normal por um traço.
A molécula H2 é estável (isto é, os átomos não
se separam) porque há um equilíbrio entre as forças de atração elétrica (entre
núcleos e elétrons) e as forças de repulsão elétrica (entre os dois núcleos e entre
os dois elétrons), como ilustramos na figura a seguir.
Na ligação covalente, entre átomos iguais, podemos falar
também em raio covalente (r), como a metade do comprimento da ligação (d
), isto é, metade da distância que separa os dois núcleos.
Ligação covalente ou covalência é a união entre átomos
estabelecida por pares de elétrons.
Nesse tipo de ligação, a valência recebe o nome particular
de covalência e corresponde ao número de pares de elétrons compartilhados.
As fórmulas em que os elétrons aparecem indicados pelos
sinais • e x são chamadas fórmulas eletrônicas ou fórmulas de Lewis.
Quando os pares eletrônicos covalentes são representados
por traços (–), chamamos essas representações de fórmulas estruturais
planas; no último exemplo considerado:
Todos os exemplos dados até agora foram de substâncias
simples. No entanto, as ligações covalentes aparecem ainda com maior frequência
entre as substâncias compostas, como passamos a ilustrar.
• Formação da molécula do cloridreto ou gás clorídrico
(HCl) (página ao lado; uso de cores-fantasia):
LIGAÇÃO METÁLICA
Os metais e as ligas metálicas são cada vez mais
importantes em nosso dia-a-dia.
Estrutura
dos metais - No estado
sólido, os átomos dos metais (e de alguns semimetais) se agrupam de forma
geometricamente ordenada, dando origem às células, ou grades, ou reticulados
cristalinos.
Uma das
principais características dos metais é a condução fácil da eletricidade. A
consideração de que a corrente elétrica é um fluxo de elétrons levou à criação
da chamada teoria da nuvem eletrônica (ou teoria do mar de elétrons).
Propriedades
dos metais
Em virtude de
sua estrutura e do tipo de ligação, os metais apresentam uma série de
propriedades
características
que, em geral, têm muitas aplicações práticas em nosso dia-a-dia. Listamos abaixo
aquelas que podemos citar como principais propriedades dos metais.
Brilho
metálico: os metais,
quando polidos, refletem a luz como se fossem espelhos, o que permite o seu uso
em decoração de edifícios, lojas etc.
Condutividades
térmica e elétrica elevadas:
os metais, em geral, são bons condutores de calor e eletricidade. Isso é devido
aos elétrons livres que existem na ligação metálica, como foi explicado no item
anterior, e que permitem um trânsito rápido de calor e eletricidade através do
metal.
A condução do
calor é importante, por exemplo, no aquecimento de panelas domésticas e
caldeiras industriais; a condução da eletricidade é fundamental nos fios
elétricos usados nas residências, escritórios e indústrias.
Densidade
elevada: os metais são,
em geral, densos. Isso resulta das estruturas compactas, explicadas na página
anterior, e está também de acordo com a variação das densidades absolutas,
vista na
página 127, no estudo das propriedades periódicas dos elementos químicos.
Pontos de
fusão e de ebulição elevados:
os metais, em geral, fundem e fervem em temperaturas elevadas, como vimos na
página 127, no estudo das propriedades periódicas. Isso acontece porque a
ligação metálica é muito forte, e “segura” os átomos unidos com muita
intensidade.
Note que isso
é muito importante na construção de caldeiras, tachos, reatores industriais
etc., em que ocorrem aquecimentos intensos.
Resistência
à tração: os metais
resistem bastante às forças que, quando aplicadas, tendem a alongar uma barra
ou fio metálico. Essa propriedade é também uma consequência da “força” com que
a ligação metálica mantém os átomos unidos. Uma aplicação importante da
resistência à tração é a aplicação dos metais em cabos de elevadores ou de
veículos suspensos (como os bondinhos do Pão de Açúcar, no Rio de Janeiro);
outra aplicação é a colocação de vergalhões de aço dentro de uma estrutura de
concreto para torná-la mais resistente – é o chamado concreto armado, de
largo uso na construção de pontes, edifícios etc.
Maleabilidade: é a propriedade que os metais
apresentam de se deixarem reduzir a chapas e lâminas bastante finas, o que se
consegue martelando o metal aquecido ou, então, passando o metal aquecido entre
cilindros laminadores, que o vão achatando progressivamente, originando, assim,
a chapa metálica (essa mesma técnica é usada nos cilindros que “abrem” massa de
macarrão, pastel etc.). Isso é possível porque os átomos dos metais podem
“escorregar” uns sobre os outros. Essa é uma das propriedades mais importantes
dos metais, se considerarmos que as chapas metálicas são muito usadas na
produção de veículos, trens, navios, aviões, geladeiras etc. O ouro é o metal
mais maleável que se conhece; dele são obtidas lâminas com espessura da ordem
de 0,0001 mm, usadas na decoração de imagens, estatuetas, bandejas etc.
Ductilidade: é a propriedade que os metais
apresentam de se deixarem transformar em fios, o que se consegue “puxando” o
metal aquecido através de furos cada vez menores. A explicação para isso é
semelhante à da maleabilidade. Os fios produzidos, de maior ou menor diâmetro,
são muito usados nas construções, em concreto armado ou como fios elétricos e
arames de vários tipos. O ouro é também o metal mais dúctil que se conhece; com
1 grama de ouro é possível obter um fio finíssimo com cerca de 2 km de
comprimento.
FELTRE, Ricardo.
Química – Química Geral. Ed. Moderna. 6ª edição. São Paulo. 2004
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