Universidade Paulista – UNIP Curso de Engenharia

Apresentação em tema: "Universidade Paulista – UNIP Curso de Engenharia"— Transcrição da apresentação:

1 Universidade Paulista – UNIP Curso de Engenharia
Aula-03: Ligações Químicas e sua relações com as propriedades dos materiais Modelos Atômicos: Menor parte da matéria formado por uma esfera maciça indivisível (Dalton – 1803). 2. Esfera carregada e eletricamente neutra – “pudim de passas” (Thomson -1904). 3. Esfera onde os elétrons se encontram regularmente distribúidos em torno de uma pequeníssima área chamada de núcleo onde as partículas de carga positivas se encontram – modelo nucleado (Rutherford – 1911). 4. Esfera onde os elétrons circulam ao redor do núcleo em órbitas definidas e discretas e suas posições estão mais ou menos definidas em termos de seus orbitais (Bohr – 1913) 5. Os elétrons não são mais vistos como partículas que se movem em um orbital discreto mas por ter também caráter ondulatório sua posição é dada por uma distribuição de probabilidade ou nuvem eletrônica (Schrodinger – 1928). Profa. Liliane de Souza

2 Comparação entre o modelo de Bohr e o mecânico-ondulatório
n- principal (camada) l- subcamada (orbitais) ml=no de estados energéticos de cada orbital ms= orientação do elétron Surgem os números quânticos Cada elétron é caracterizado por 04 números quânticos Distância do núcleo Região de máxima probabilidade Elétron em órbita núcleo Profa. Liliane de Souza

3 Profa. Liliane de Souza - 2010
Elemento No Atômico Conf.Eletrônica f H Z= s1 He Z= s2 Li Z= s22s1 Be Z= s22s2 B Z= s22s22p1 Na Z= s22s22p63s1 Cl Z=17 1s22s22p63s23p5 f d d p s Energia p d s p s p s s 1 2 3 4 5 Número quântico principal, n Profa. Liliane de Souza

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Atração Interatômica : ligação atômica Quanto mais profundo for o poço de energia mais forte é a ligação química Atrativa Repulsiva Magnitude: distância entre os átomos Profa. Liliane de Souza

5 Tipos de Atrações lnteratômicas
Ligação Iônica – atração eletrostática: cátion + ânion. Ligação Metálica – um caso especial de atração eletróstatica: cátions + nuvem de elétrons. Ligação Covalente – formação de dipolos induzidos ou permanentes formação de moléculas. Profa. Liliane de Souza

6 Profa. Liliane de Souza - 2010
Ligação interatômica Ligação iônica: mais fácil de ser descrita e visualizada os átomos se tornam íons com perda ou ganho de elétrons para adquirir configurações estáveis semelhante a um dos gases nobres (2 ou 8 elétrons m sua última camada) a ligação ocorre por forças atrativas que é função da distância interatômica: atrativa: EA= - A /r repulsiva: ER= - B / rn Onde A e B são constantes que dependem de cada sistema iônico e r é o raio de aproximação. Profa. Liliane de Souza

7 Ligação Atômica Ligação Covalente
compartilhamento dos elétrons de valência de dois átomos adjacentes Representação esquemática da ligação covalente na molécula de metano ( CH4 ) e água (H2O)

8 Atrações Interatômicas
Os estados sólidos, líquidos e gasosos dos materiais estão diretamente ligados às atrações que mantém os átomos unidos. Ligações Primárias: iônicas, covalentes e metálicas Ligações Secundárias: -dipolo induzido forças Van der Waals ligações de hidrogênio são fracas em relação às primárias (Energia de ligação  10 kJ/mol ou 0,1 eV/átomo) Ocorrem entre dipolos induzidos e moléculas polares

9 Ligação Atômica nos Sólidos
Ligação Metálica elementos metálicos possuem de um a três elétrons de valência os elétrons de valência não estão ligados a um único átomo, mas estão mais ou menos livres para de movimentar por todo o metal - nuvem eletrônica os núcleos e os elétrons restantes formam o núcleo iônico carregados positivamente os elétrons livres protegem os núcleos iônicos das forças repulsivas (“cola”) bons condutores elétricos e térmicos devido aos elétrons livres ruptura dúctil na temperatura ambiente Ilustração esquemática da ligação metálica

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Características dos sólidos iônicos: Ligação: interação com muitos átomos em todas as direções. Energia de ligação relativamente grandes (600 a 1500 kJ/mol) temperaturas de fusões elevadas Sólidos iônicos em geral são duros e frágeis Sólidos iônicos em geral são isolantes térmicos e elétricos

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Características: Sólidos covalentes: interação direcional, isto é, ela ocorre na direção entre um átomo e outro. No de ligações covalentes: número de elétrons de valência(N’) Cl = 1s22s22p63s23p5 N’=7 logo NoLV= 8 - N’ = 1 C= 1s22s22p N’=4 logo NoLV= 8 – N’ = 4 Os sólidos covalentes podem ser muito fortes ou muito fracos dependerá dos átomos envolvidos e suas estruturas de empacotamento.

12 Ligação Iônica e Covalentes
Exemplos ligação iônica: Diamante (Tf = 3550oC) Bismuto (Tf = 270oC) Informações gerais: ligações iônicas e covalentes Normalmente as ligações interatômicas são parcialmente iônicas e parcialmente covalentes, poucos compostos exibem ligações com caráter que seja exclusivamente iônico ou covalente; Quanto maior for a diferença entre as eletronegatividades mais iônica será a ligação. De modo contrário, quanto menor for a diferença de eletronegatividade maior será o grau de covalência. Diferença eletronegatividade

13 Ligação Atômica nos Sólidos
Ligações Secundárias: Dipolo Induzido Flutuantes Todos os átomos apresentam constantes movimentos vibracionais, que podem causar distorções instantâneas e de curta duração com a conseqüente criação de pequenos dipolos elétricos. Um dipolo pode ser criado ou induzido num átomo ou molécula que seja normalmente simétrico. Sólidos formados por este tipo de ligações apresentam baixíssimos pontos de fusões e ebulições.

14 Ligação Atômica nos Sólidos
Ligações Secundárias ou de Van der Waals Ligações entre Molécula Polares e Dipolo Induzido Momentos dipolo permanentes existem em algumas moléculas em virtude de um arranjo assimétrico, tais moléculas são chamada de moléculas polares. As moléculas polares podem induzir dipolos em moléculas apolares adjacentes, desse modo se forma uma ligação. A magnitude dessa ligação será maior que será maior que a de dipolo induzido.

15 Ligação Atômica nos Sólidos
Ligações Secundárias ou de Van der Waals Ligações Dipolo Permanentes e pontes de hidrogênio Ligação de hidrogênio é o tipo mais forte de ligação secundária. Ocorre entre moléculas nas quais o H está ligado covalentemente ao Fluor, F Oxigênio, O Nitrogênio, N Ex.: HF, H2O,NH3. Ligação por ponte de hidrogênio com magnitude de ligação maior que para os outros tipos de ligação secundária.

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17 Relação com as Propriedades
Materiais sólidos: interação com muitos átomos. Resistência mecânica: aumenta com a força máxima e com o aumento da energia de ligação (aumento da profundidade do poço da curva de energia de ligação. Pontos de fusão e de ebulição: aumentam com o aumento da energia de ligação. Coeficiente de expansão térmica: diminui com o aumento da energia de ligação. Profa. Liliane de Souza

18 Classificação dos Materiais: tipos
Pode-se classificar a maioria dos materiais em 3 tipos: Metais, Poliméricos e Cerâmicos - Os metais são compostos por elementos cujos átomos perdem elétrons facilmente (ligação metálica) - Elementos não metálicos que compartilham elétrons formam os materiais orgânicos como os polímeros (ligação covalente). - Materiais cerâmicos contêm elementos metálicos e não-metálicos: MgO, SiO2, vidros (ligações iônicas e covalentes). As 3 categorias citadas, às vezes, não são nitidamente delineadas. Temos materiais intermediários entre os cerâmicos e os plásticos (silicones, por exemplo). Os semicondutores podem ser considerados como metais ou como materiais cerâmicos dependendo da composição. O grafite também é outro material que não se encaixa em nenhuma das classificações básicas. Profa. Liliane de Souza

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Exercício Tendo em conta as energia de ligação dos seguintes compostos MgO – 640 kj/mol C (diamante) kj/mol H2O – 51 kJ/mol E os raios atômicos: O (Z=8) – 0,60 Angstron C (Z=6)– 0,70 Angstron H (Z=1) - 0,46 Angstron Mg (Z=12) – 1,6 Angstron Estime as curvas de Energia Potencial vs distância internuclear. Tendo em conta os números atômicos de cada átomo a partir de suas distribuições eletrônicas proponha os tipos de ligações dos compostos. Profa. Liliane de Souza

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COORDENAÇÃO ATÔMICA No Coordenação Distância interatômica Raio Atômico e Iônico Profa. Liliane de Souza

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No Coordenação – NC: número de vizinhos mais próximos de um dado átomo em uma dada estrutura espacial Estruturas cristalinas EMPACOTAMENTOS Estruturas amorfas Profa. Liliane de Souza