Forças de ligação nos cristais

Aula: 19
Temática: Forças de ligação nos cristais – Parte III
Na química, o termo forças de van der Waals originalmente refere-se
a todas as formas de forças intermoleculares; entretanto, atualmente, o termo
tende a se referenciar a forças intermoleculares que tratam de forças devido à
polarização das moléculas.
Ligação (forças) de van der Waals
É a mais fraca das ligações químicas presentes em minerais, e ocorre mais
comumente entre partículas eletricamente neutras (moléculas).
Em cristais formados essencialmente de átomos unidos por ligações
covalentes ou iônicas, as ligações de van der Waals podem estar presentes,
mas são significativamente mais fracas que as demais, resultando em feições
como baixa dureza e clivagem excelente. No mineral grafite (C), cada átomo de
carbono está ligado a outros três, por ligações covalentes contidas em um
mesmo plano, e a cento e vinte umas das outras. Entre um plano e outro, a
ligação é do tipo van der Waals. Esta última é responsável pela baixa dureza e
excelente clivagem do mineral.
QUÍMICA DOS MINERAIS
Ligações com Pontes de Hidrogênio
Quando um átomo de hidrogênio liga-se covalentemente a um elemento
fortemente eletronegativo (F, O, Cl, N), seu único orbital será confinado em
grande parte pela zona de sobreposição. Consequentemente, a parte do átomo
mais distante da zona de superposição se comportará como um próton
exposto, que tenderá a atrair outros íons negativos.
Dentre os minerais, ligações deste tipo estão presentes, por exemplo, em
hidróxidos e nas micas. As pontes de hidrogênio formam ligações fracas,
porém não tão fracas quanto as de van der Waals.
Número de Coordenação
Em ligações puramente iônicas, os cátions e ânions podem ser considerados
como esferas. Assim, cada íon tenta atrair para si tantos íons de carga
contrária quantos possíveis. O número de coordenação é definido pelo número
de átomos de carga contrária que são vizinhos imediatos de um determinado
cátion ou ânion.
Uma estrutura cristalina pode ser descrita como composta de cátions
localizados no centro de poliedros de coordenação, com os ânions localizados
nos vértices destes poliedros. O número de coordenação de um determinado
cátion em uma estrutura cristalina vai depender da razão entre o raio iônico de
cátion e o raio iônico do ânion coordenado por ele, conforme descrito na tabela
abaixo. Convém lembrar, entretanto, que estas relações funcionam somente
para ligação iônica.
Íons em coordenação 5, 7, 9, 10 e 11 são muito raros em minerais, mas pode
ocorrer em estruturas complexas, como produto do preenchimento de
interstícios entre outros poliedros de coordenação.
Valência Eletrostática
A valência eletrostática, definida como o quociente entre a carga (valência) do
íon e o seu número de coordenação, representa a força de uma ligação
eletrostática. Por exemplo, no caso do NaCl, tanto o sódio quanto o cloro estão
em coordenação 6, e ambos possuem carga 1, o que significa que cada uma
das ligações chegando a um átomo de sódio ou a um átomo de cloro tem uma
valência eletrostática de 1/6. Uma aplicação interessante do conceito de
QUÍMICA DOS MINERAIS
valência eletrostática é o caso dos grupos aniônicos. No caso do íon carbonato
(CO3)2-, um cátion pequeno, com carga relativamente alta (4+), coordena três
ânions oxigênio. A valência eletrostática de cada ligação entre carbono e
oxigênio é, portanto, de 4/3. Este valor alto de valência eletrostática significa
que as ligações do oxigênio com o carbono serão muito mais fortes do que com
os outros cátions (por exemplo, o Ca2+ no CaCO3).
Encerramos aqui os estudos das Forças de ligação nos cristais. Na
próxima aula veremos os métodos de identificação dos minerais.
QUÍMICA DOS MINERAIS