Disciplina de Física e Química B 10º ano de escolaridade Componente de Química Paulo José Santos Carriço Portugal Página 1 de 15 Componente de Química 3.2 Ligação química e unidades estruturais • A organização dos elementos está ligada à distribuição dos electrões dos átomos que os constituem. • Genericamente, a distribuição dos electrões de um átomo em torno do núcleo atómico é designada por distribuição electrónica ou configuração electrónica. • A energia de um átomo está quantificada logo os seus electrões só podem possuir determinados valores de energia. 3.2.1 Distribuição electrónica • Os electrões de um átomo distribuem-se em torno do núcleo atómico por níveis de energia, formando camadas electrónicas, designados por K, L, M, N,… o A camada K corresponde ao 1º nível de energia. o A camada L corresponde ao 2º nível de energia. o A camada M corresponde ao 3º nível de energia. • Os electrões de um átomo distribuem-se pelos diferentes níveis de energia, ficando assim a diferentes distâncias do núcleo. o O 1º nível de energia é o nível menos energético que os electrões podem ocupar. o O 2º nível de energia é mais energético que o 1º nível. o O 3º nível de energia é mais energético que o 2º nível. • Cada nível de energia n é caracterizado por poder possuir um determinado número de electrões, e não mais do que esse número. o A camada K, i.e., o 1º nível de energia, ou seja, n = 1, tem a característica de possuir, no máximo, 2 electrões. o A camada L, i.e., o 2º nível de energia, ou seja, n = 2, tem a característica de possuir, no máximo, 8 electrões. o A camada M, i.e., o 3º nível de energia, ou seja, n = 3, tem a característica de possuir, no máximo, 18 electrões. o O número máximo de electrões por camada electrónica, ou nível de energia, obedece à relação N = 2 n 2 . o A última camada tem de estar preenchida como a de um gás raro.
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Componente de Química
3.2 Ligação química e unidades estruturais
• A organização dos elementos está ligada à distribuição dos electrões dos átomos
que os constituem.
• Genericamente, a distribuição dos electrões de um átomo em torno do núcleo
atómico é designada por distribuição electrónica ou configuração electrónica.
• A energia de um átomo está quantificada logo os seus electrões só podem
possuir determinados valores de energia.
3.2.1 Distribuição electrónica
• Os electrões de um átomo distribuem-se em torno do núcleo atómico por níveis
de energia, formando camadas electrónicas, designados por K, L, M, N,…
o A camada K corresponde ao 1º nível de energia.
o A camada L corresponde ao 2º nível de energia.
o A camada M corresponde ao 3º nível de energia.
• Os electrões de um átomo distribuem-se pelos diferentes níveis de energia,
ficando assim a diferentes distâncias do núcleo.
o O 1º nível de energia é o nível menos energético que os electrões
podem ocupar.
o O 2º nível de energia é mais energético que o 1º nível.
o O 3º nível de energia é mais energético que o 2º nível.
• Cada nível de energia n é caracterizado por poder possuir um determinado
número de electrões, e não mais do que esse número.
o A camada K, i.e., o 1º nível de energia, ou seja, n = 1, tem a
característica de possuir, no máximo, 2 electrões.
o A camada L, i.e., o 2º nível de energia, ou seja, n = 2, tem a
característica de possuir, no máximo, 8 electrões.
o A camada M, i.e., o 3º nível de energia, ou seja, n = 3, tem a
característica de possuir, no máximo, 18 electrões.
o O número máximo de electrões por camada electrónica, ou nível de
energia, obedece à relação N = 2 n2.
o A última camada tem de estar preenchida como a de um gás raro.
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• Os electrões distribuem-se no átomo de modo a conferir a este o menor valor
energético possível.
O Quadro 1 sintetiza as regras da distribuição electrónica e o Quadro 2 exemplifica a
mesma para vários núclidos.
Quadro 1 – Distribuição electrónica por camadas
Quadro 2 – Distribuição electrónica de vários núclidos
• Este modelo de distribuição electrónica é limitado, não inclui parâmetros
introduzidos pela Mecânica Quântica, os quais não serão objecto de estudo neste
currículo, e vai ser utilizado na representação das estruturas de Lewis, adiante na
explicação e representação das ligações químicas.
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3.2.2 A Tabela Periódica
• A localização dos elementos representativos da Tabela Periódica, segundo os
grupos e períodos, está relacionada com a distribuição electrónica dos átomos
que os constituem. O Quadro 3 mostra essa ligação.
Quadro 3 – Distribuição electrónica de vários elementos químicos representativos da Tabela
Periódica e o seu posicionamento na mesma
(1) O elemento hidrogénio não pertence a nenhuma família representativa de elementos químicos mas
pode ser localizado no grupo 1 unicamente devido à distribuição electrónica dos seus átomos
Assim:
o Os elementos representativos são os elementos que pertencem aos
grupos 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 e 18.
o Os elementos dos grupos 3 a 12 são os elementos de transição.
o Os lantanídeos e os actinídeos são elementos de transição internos.
o O número do período a que o elemento pertence corresponde ao valor
do nível de energia mais periférico ocupado por electrões, os
electrões de valência;
o O número do grupo a que o elemento representativo pertence é
estabelecido em função dos seus átomos terem:
- 1 ou 2 electrões de valência – grupos 1 ou 2;
- 3, 4, 5, 6, 7 ou 8 electrões de valência – grupos 13 a 18.
- Designa-se por cerne do átomo o conjunto do núcleo e dos electrões interiores.
- O cerne apresenta, por isso, carga eléctrica simétrica da carga total dos
electrões periféricos, os electrões de valência.
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3.2.3 Propriedades dos elementos e das substâncias elementares
o Elemento químico e substância elementar são conceitos distintos.
o A Tabela Periódica apresenta um conjunto de propriedades, que não são dos
elementos, mas das substâncias elementares.
Assim, são propriedades:
o dos elementos – número atómico, massa atómica relativa, distribuição
electrónica, raio atómico, electronegatividade e a energia de ionização;
o das substâncias elementares – estado físico, ponto de fusão, ponto de
ebulição, densidade, cor, condutividade eléctrica e térmica,…
o classificação em metais, não-metais e semimetais
metal – bom condutor de corrente eléctrica e de calor, sólido
à temperatura ambiente (excepto algumas excepções),
apresenta pontos de ebulição e de fusão elevados
não-metal – mau condutor de corrente eléctrica e de calor
semimetal (metalóide) – apresenta aspecto e algumas
propriedades, físicas, de metal e outras propriedades,
químicas, de não-metal
APSA 2 – “Tabela Periódica: consolidação”
3.2.4 Ligação química
A compreensão da estrutura de uma molécula baseia-se num modelo interpretativo do
modo como os átomos dos elementos químicos se ligam, um modelo de ligação
química.
Algumas questões surgem:
o Como é que a ligação é estabelecida? Será vantajosa?
o Quais as partículas do átomo que participam nessa ligação?
o O que mantém a ligação, uma vez estabelecida?
o Como é representada a ligação?
Para as substâncias moleculares, nas quais as unidades estruturais características são as
moléculas, o modelo de ligação é o da ligação covalente.
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Respondendo às questões anteriores podemos dizer que:
o Uma ligação química entre átomos diz-se covalente sempre que envolva
partilha de electrões de ambos os átomos envolvidos na ligação.
o Trata-se de uma ligação vantajosa pois a molécula tem a ela associada uma
menor energia do que a soma das energias dos átomos que a formaram.
o As partículas que participam na ligação são os electrões, mas não a totalidade
deles. Apenas participam no estabelecimento da ligação os electrões da
última camada, os mais periféricos, i.e., os electrões de valência.
o se forem partilhados 2 electrões ( 1 par ) – ligação simples
o se forem partilhados 4 electrões ( 2 pares ) – ligação dupla
o se forem partilhados 6 electrões ( 3 pares ) – ligação tripla
o A ligação é mantida pelos átomos que estabeleceram a ligação devido a um
equilíbrio entre forças eléctricas de atracção e de repulsão.
o forças de atracção entre as cargas positivas dos dois núcleos e a carga
negativa dos electrões partilhados
o forças de repulsão entre as cargas positivas dos dois núcleos e entre as
cargas negativas dos electrões das nuvens electrónicas dos dois átomos
o A ligação covalente é mostrada através da representação de Lewis
o estabelecida em 1916 por Gilbert Newton Lewis (1875-1946)
o evidencia os pares de electrões partilhados
o o símbolo do elemento representa o núcleo e os electrões do cerne ( no
hidrogénio e no hélio só representa os respectivos núcleos )
o os pontos ou cruzes simbolizam os electrões de valência de cada
átomo ou ião, como mostram os Quadros 4 e 5
Quadro 4 – Representação dos átomos de alguns elementos químicos através da estrutura de Lewis
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Quadro 5 – Representação dos iões originados pelos átomos de alguns elementos químicos através
da estrutura de Lewis
Nota: o símbolo do elemento é colocado entre parêntesis rectos, rodeado com o número de electrões de
valência, colocando a carga eléctrica em expoente. Os átomos ganham ou perdem electrões a fim
de adquirirem maior estabilidade, dado que passam a ficar com uma distribuição electrónica,
enquanto iões, de um átomo de um gás raro.
Representação de compostos iónicos através da representação de Lewis
o Nos compostos iónicos a carga negativa total dos aniões tem de ser igual à carga
positiva total dos catiões.
o Utiliza-se a representação de Lewis de cada ião para construir a representação de
Lewis do composto iónico.
Tarefa 1 - Representar, com recurso às estruturas de Lewis, os compostos:
a) óxido de berílio, BeO
b) nitreto de boro, BN
c) hidreto de lítio, LiH
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Representação de moléculas simples através da representação de Lewis
o Nos compostos moleculares é necessário atender às distribuições electrónicas
dos átomos que se vão ligar para formar a molécula.
o Utiliza-se a representação de Lewis de cada átomo para construir a
representação de Lewis da molécula.
o Só os electrões de valência são envolvidos na ligação química.
o Cada ligação é assegurada, no mínimo, por um par de electrões, electrões
ligantes.
o Os electrões que não contribuem para a ligação são designados por electrões
não-ligantes.
o Cada átomo da molécula tem de satisfazer a regra do octeto ( existem algumas
excepções ), a qual salienta que em torno de cada átomo vão ficar 8 electrões
periféricos, electrões de valência, à semelhança da estrutura dos átomos dos
gases raros, o que confere a cada átomo, e à molécula, grande estabilidade.
Tarefa 2 - Representar, com recurso às estruturas de Lewis, as moléculas de: