2.1 Ligação Química

• A formação de ligações químicas baseia-se no Princípio da Energia Mínima: todos os sistemas tendem a adquirir o estado de menor energia possível, por ser esse o estado mais estável

  
• Formação de ligação química

  1. Aproximação dos átomos

  2. Forças atrativas equilibram com as forças repulsivas

  3. Estabelecimento de ligações químicas confere maior estabilidade a um sistema de dois ou mais átomos, em comparação com a sua energia quando os átomos estão separados

  
• Energia potencial


  Energia do sistema em função da distância internuclear na formação de uma molécula diatómica (H2)

  
• Tipos de ligação química

  • Ligação covalente
  • Ligação iónica
  • Ligação metálica
• Ligação covalente


  • Ocorre entre átomos de não metais que se ligam através da partilha de eletrões
• Ligação iónica


  • Resulta da transferência de eletrões de valência entre os átomos que se ligam

  
• Ligação metálica


  • Ocorre entre metais (que formam catiões) e não metais (que formam aniões)
  • Atração tão forte que os eletrões de valência acabam por ter liberdade de movimento, deslocando-se ao longo da estrutura – eletrões deslocalizados
• Regra do octeto


  Quando um átomo estabelece urna ligação covalente, partilha eletrões até estar rodeado de oito eletrões de valência

  
• Regra do dupleto


  O átomo de hidrogénio apenas pode estabelecer uma ligação, ou seja, só partilha dois eletrões, uma vez que só possui um eletrão de valência

  
• Formação da molécula de H2O e Cl2

  • Notações de Lewis dos átomos

  
• Tipos de ligação covalente

  • Ligação covalente simples
  • Ligação covalente dupla
  • Ligação covalente tripla
• Energia de ligação


  • Energia necessária para quebrar uma dada ligação numa mole de moléculas no estado gasoso
  • Corresponde ao valor absoluto da energia potencial mínima da molécula na posição de equilíbrio
  • Avalia a força de uma ligação covalente

  
• Comprimento de ligação


  • Distância média entre os núcleos dos átomos envolvidos na ligação química quando se atinge o máximo de estabilidade
  • Depende da ordem de ligação e do tamanho dos átomos ligados

  
• Ordem de ligação


  Quanto maior for o número de pares de eletrões ligantes, maior será a ordem de ligação e mais fortes serão as interações electroestáticas atrativas entre os eletrões e os núcleos dos átomos ligados e menor será o comprimento de ligação

  
• Geometria molecular


  • Arranjo tridimensional dos átomos (numa molécula) que confere menor energia, ou seja, maior estabilidade (à molécula)
  • Depende do número de pares não ligantes existentes em torno do átomo central e do número de átomos ligados ao átomo central

  
• Ângulo de ligação


  • Ângulo interno originado pela interseção dos dois segmentos de reta que passam pelo núcleo do átomo central e pelo núcleo dos dois átomos a ele ligados
  • É tanto menor quanto maior for o número de pares não ligantes existentes em torno do átomo central

  
• Geometrias moleculares


  • Linear
  • Triangular plana
  • Tetraédrica
  • Piramidal trigonal
  • Angular
• Polaridade da ligação


  • Ligação covalente apolar – ligação covalente entre dois átomos iguais, em que os eletrões ligantes são igualmente partilhados pelos átomos da molécula
  • Ligação covalente polar – ligação covalente entre dos átomos diferentes, em que um dos átomos atrai mais fortemente os eletrões ligantes
• Polaridade das moléculas


  • Ligação apolar → molécula apolar
  • Ligação polar→ molécula polar
• Mapa de potencial eletrostático

  • Traduz a distribuição tridimensional da carga elétrica na molécula
  • Zonas vermelhas representam a região da molécula com maior densidade de carga negativa (δ-)
  • Zonas azuis representam a região da molécula com menor densidade de carga negativa (δ+)
  • Permite visualizar a distribuição eletrónica numa molécula

  
• Análise dos mapas de potencial eletrostático das moléculas de CO2 e CH4

  • Apesar de as ligações entre o C=O e C−H serem polares, como a geometria é linear ou tetraédrica, respetivamente, a molécula é apolar

  
• Polaridade das moléculas diatómicas


  Relaciona-se com a polaridade da ligação covalente estabelecida
• Molécula apolar


  Ligação apolar
• Molécula apolar


  • Cl2
• Molécula polar


  Ligação polar
• Molécula polar


  • HCl
• Moléculas poliatómicas


  Análise da simetria (ou a assimetria) da distribuição de carga elétrica em torno do átomo central

  
• Mapa de potencial eletrostático

  Traduz a distribuição tridimensional da carga elétrica na molécula

  
• Zonas vermelhas representam a região da molécula com maior densidade de carga negativa (δ-)

  
• Zonas azuis representam a região da molécula com menor densidade de carga negativa (δ+)
• Apesar de as ligações entre o C=O e C−H serem polares, como a geometria é linear, no caso do CO2, e tetraédrica, no caso do CH4, verifica-se uma distribuição simétrica da carga eletrónica em torno do átomo central (C). Por isso, estas moléculas são apolares

  
• Nas moléculas H2O e NH3 existem um ou mais pares de eletrões não ligantes em torno do átomo central. Este facto faz com que se verifique uma assimetria na distribuição da carga elétrica. Por isso, as moléculas adquirem uma geometria em que estas moléculas são polares

  
• Exemplos de polaridade em moléculas poliatómicas

  • Geometria linear, distribuição simétrica, moléculas apolares (CO2)
  • Geometria tetraédrica, distribuição simétrica, moléculas apolares (CH4)
  • Geometria triangular plana, distribuição simétrica, moléculas apolares (BH3)
  • Geometria linear, distribuição assimétrica, moléculas polares (HCN)
  • Geometria tetraédrica, distribuição assimétrica, moléculas polares (CH3Cl)
  • Geometria triangular plana, distribuição assimétrica, moléculas polares (BH2Cl)
  • Geometria angular, distribuição assimétrica, moléculas polares (H2O)
  • Geometria piramidal trigonal, distribuição assimétrica, moléculas polares (NH3)
• Hidrocarbonetos


  Compostos orgânicos mais simples, constituídos apenas por átomos de carbono e hidrogénio

  
• Classificação de hidrocarbonetos quanto à forma da cadeia

  • Acíclicos - cadeia aberta
  • Cíclicos - cadeia fechada

  
• Classificação de hidrocarbonetos quanto à disposição dos átomos de carbono

  • Lineares - Constituídos apenas por uma única cadeia de átomos de carbono
  • Ramificados - na cadeia principal de átomos de carbono identificam-se cadeias secundárias (ramificações)

  
• Classificação de hidrocarbonetos quanto ao tipo de ligação

  • Saturados - só apresentam ligações covalentes simples entre os átomos de carbono
  • Insaturados - Podem apresentar ligações covalentes duplas e triplas para além das simples, entre os átomos de carbono

  
• Ligações múltiplas carbono-carbono


  Quanto maior for o número de eletrões partilhados, mais estável será a ligação, pois a energia de ligação é maior e tem um menor comprimento de ligação

  
• Alcanos


  Hidrocarbonetos (com apenas H e C) que apresentam apenas ligações covalentes simples entre os carbonos

  
• Haloalcanos


  Derivados halogenados dos alcanos, formados quando átomos de hidrogénio são substituídos por átomos de halogéneos (flúor, cloro, bromo ou iodo)