elétron "do núcleo" "o elétron"

2
Química
SUMÁRIO DO VOLUME
QUÍMICA
ATOMÍSTICA
5
1. O modelo atômico atual
1.1 Teoria de Broglie, Heisemberg e Schröedinger
1.2 Números quânticos
1.3 Hibridação
1.4 Geometria Molecular
1.5 Polaridade das Ligações
1.6 Polaridade das Moléculas
2. As ligações intermoleculares ou interações moleculares
2.1 Ligações de hidrogênio ou Pontes de hidrogênio
2.2 Atração Dipolo-Dipolo ou Dipolo permanente-Dipolo permanente
2.3 Dipolo induzido-dipolo induzido ou atração de Van der Waals
5
5
8
12
15
17
17
20
20
20
21
QUÍMICA GERAL
30
3. Eletrólitos: dissociação e ionização
3.1 Conceitos modernos de ácidos e bases
3.2 Indicadores ácido-base
4. Estudo das Reações Químicas
4.1 Reação de dupla troca
4.2 Reação de deslocamento ou simples troca
4.3 Reação de síntese, adição ou combinação
4.4 Reação de decomposição ou análise
4.5 Outras reações
4.6 Acerto de coeficientes – Reações de Oxidorredução
30
32
34
40
40
43
45
45
46
50
FÍSICO-QUÍMICA
63
5. Radioatividade – Transformações Nucleares Naturais e Artificiais
5.1 Introdução
5.2 Instabilidade Nuclear
5.3 Natureza das emissões
5.4 Cinética das emissões radioativas
5.5 Reações de transmutação nuclear
5.6 Fissão e fusão nuclear
5.7 O uso da energia nuclear e as implicações ambientais
63
63
64
64
68
72
73
74
QUÍMICA ORGÂNICA
83
6. Isomeria
6.1 Conceito, aplicação e reconhecimento
6.2 Isomeria plana
83
90
90
Química
SUMÁRIO COMPLETO
VOLUME 1
UNIDADE: ATOMÍSTICA
1. O modelo atômico atual
2. As ligações intermoleculares ou interações moleculares
UNIDADE: QUÍMICA GERAL
3. Funções Inorgânicas e sua propriedades
4. Estudo das Reações Químicas
UNIDADE: FISICOQUÍMICA
5. Radioatividade - Transformações Nucleares Naturais e Artificiais
UNIDADE: QUÍMICA ORGÂNICA
6. Isomeria
VOLUME 2
UNIDADE: QUÍMICA GERAL
7. Estudo dos Gases
8. Cálculos Estequiométricos - Casos Especiais
UNIDADE: FISICOQUÍMICA
9. Pressão de vapor dos líquidos
UNIDADE: QUÍMICA ORGÂNICA
10. Isomeria Espacial
11. Mecanismos das Reações Orgânicas
12. Reações Orgânicas
VOLUME 3
UNIDADE: FISICOQUÍMICA
13. Dinâmica das Transformações Químicas
UNIDADE: QUÍMICA ORGÂNICA
14. Polímeros - As macromoléculas do cotidiano
15. Diferenciação dos compostos orgânicos
3
5
Química
O modelo atômico atual
ATOMÍSTICA
1. O
MODELO ATÔMICO ATUAL
O átomo é a concepção de menor porção que a matéria organizada
apresenta até os dias atuais. Desde os gregos Leucipo, Demócrito e outros,
passando por John Dalton, J. J. Thomson, o modelo para representar esse
átomo evoluiu e, num grande salto, foi representado por Rutherford como uma
estrutura nuclear, e por Bohr, uma estrutura nuclear acrescida de uma eletrosfera
com níveis de energia quantizada, onde os elétrons deveriam estar distribuídos
segundo a ordem crescente dessa energia, a partir do nível K.
NÚCLEO
ELÉTRONS
KLMNOPQ
PRÓTONS
NÊUTRONS
Modelo do átomo segundo Rutherford-Bohr.
Disponível em: <http://educacao.uol.com.br>. Acesso em 24 abr. 2010.
Porém o átomo atual não é apenas isso. O átomo atual se apresenta com uma conformação mais
evoluída, segundo as observações e propostas de Broglie, Heisenberg, Schöedinger e outros.
Navegar é preciso
• http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc03/quimsoc.pdf
E
m 1923, o cientista francês Louis de Broglie empregou conhecimentos da
mecânica ondulatória para apresentar uma teoria na qual o elétron deveria apresentar
um duplo comportamento, ora partícula, por apresentar massa (portanto uma
partícula), ora onda, por apresentar um movimento ondulatório na eletrosfera
do átomo. A estrutura atômica passou, então, a ser compreendida pelo modelo
quântico ondulatório ou modelo de orbitais, abandonando, assim, a ideia de
que o elétron é uma pequena esfera movimentando-se em alta velocidade em torno
do núcleo, para admitir um comportamento duplo, qual seja: partícula-onda – o
princípio da dualidade da matéria.
Para ver mais sobre mecânica ondulatória, entre no endereço a seguir:
• http://www.cdcc.usp.br/ondulatoria/introd.html
Disponível em:
<www.nobel-winners.com>.
Acesso em 24 abr. 2010,
1.1 Teoria de Broglie, Heisemberg e Schröedinger
6
Química
O modelo atômico atual
A natureza dual do elétron, proposta por Louis de Broglie.
Em 1925, o físico alemão Werner Karl Heisenberg enunciou o Princípio da
Incerteza, acerca do elétron na eletrosfera do átomo, no qual afirmava que: “Não se pode
medir simultaneamente com precisão absoluta a posição ou o momento (e, portanto,
a velocidade) de uma partícula.” Considerando que era possível medir a velocidade e a
posição de corpos grandes, torna-se impossível para o elétron, de dimensões tão ínfimas,
pois, qualquer instrumento iria alterar essas determinações.”
Disponível em: <www.physics.umd.edu>. Acesso em 16 jun. 2010.
Werner Heisenberg
(1901 - 1976)
1932 - Nobel
Esse princípio é uma consequência da concepção da natureza dual do elétron, proposto por Broglie,
e que se completa com o conceito proposto por Erwin Schöedinger na elaboração da concepção atual de
um modelo para o átomo.
Erwin Schröedinger, percebendo a dificuldade de se calcular a posição exata
do elétron na eletrosfera, pensou em calcular uma região onde haveria a maior
probabilidade de se encontrar esse elétron no espaço extranuclear do átomo e
denominou-a de orbital.
Orbital é a região do espaço extranuclear onde existe a máxima probabilidade de se encontrar um
elétron.
O orbital é, então, uma região da eletrosfera definida dentro de um subnível que, por sua vez, é uma
subdivisão do nível.
O orbital s, do subnível s, possui forma esférica.
1s
2s
7
Química
O modelo atômico atual
Os três orbitais p, do subnível p, possuem a forma de halteres.
z
z
z
y
y
y
x
x
x
py
pz
px
E os orbitais d, do subnível d, têm forma de duplo halteres.
z
Pz
Py
z
Px
z
y
y
y
d
d
y
x
x
x
z
z
d
x
x
d
d
Para definir a posição do elétron em torno do núcleo do átomo, recorremos
a um conjunto de números denominados números quânticos.
Assim, passando por todos os modelos precursores do atual modelo
atômico, inclusive os que apresentam órbitas dos elétrons bem definidas,
substituímo-los por regiões de probabilidade de encontrar o elétron – o
modelo de orbitais.
Exercícios de sala
Modelo atômico atual ou modelo
de orbital.
1
A palavra átomo é originária do grego e significa “indivisível”, ou seja, segundo os filósofos gregos, o
átomo seria a menor partícula da matéria que não poderia ser mais dividida. Atualmente, essa ideia não
é mais aceita. A respeito dos átomos, escreva (V) nas afirmativas verdadeiras e (F) nas falsas:
( ) Não podem ser desintegrados:
( ) Todos são formados por pelo menos três partículas fundamentais.
( ) Possuem partículas positivas denominadas elétrons.
( ) Apresentam duas regiões distintas, o núcleo e a eletrosfera.
( ) Apresentam elétrons cuja carga elétrica é negativa.
( ) Contêm partículas sem carga elétrica, os nêutrons.
2
Analise as afirmativas a seguir e, depois, escreva V ou F:
( ) O primeiro modelo atômico baseado em resultados experimentais, ou seja, com base científica, foi
proposto por Dalton.
( ) Segundo Dalton, a matéria é formada por partículas indivisíveis chamadas átomos.
( ) Thomson foi o primeiro a provar que o átomo não era indivisível.
( ) O modelo atômico proposto por Thomson é semelhante a uma bola de bilhar.
( ) O modelo atômico de Dalton teve como suporte experimental para a sua criação a interpretação das
leis das reações químicas.
3
Escreva (C) na(s) alternativa(s) correta(s) e (I) na(s) incorretas(s)
( ) Os átomos são as partículas fundamentais da matéria.
( ) Os átomos são quimicamente diferentes quando têm números de massa diferentes.
( ) Os elétrons são as partículas de carga elétrica positiva.
( ) Os prótons e os elétrons possuem massas iguais e cargas elétricas diferentes.
( ) Os átomos apresentam partículas de carga nula denominadas nêutrons.
( ) Os átomos são partículas inteiramente maciças.
8
Química
O modelo atômico atual
4
5
Assinale a alternativa falsa:
a) O número de massa de um átomo é dado
pela soma do número de prótons e de nêutrons
existentes no núcleo.
b) Um elemento químico deve ter seus átomos
sempre com o mesmo número de nêutrons.
c) O número de prótons de um elemento químico
permanece constante, mesmo que os números
de massa dos átomos variem.
d) O número atômico é dado pelo número de
prótons existentes no núcleo de um átomo.
por conteúdos energéticos que obedecem a uma
distribuição ..... , os quanta de luz, mais tarde
denominados ..... .
a) fótons - contínua – fótons
b) fótons - contínua - elétrons
c) elétrons - contínua - fótons
d) elétrons - discreta - elétrons
e) elétrons - discreta - fótons
8
(UFRGS) Dentre as afirmações apresentadas,
qual é correta?
a) A energia de um elétron ligado ao átomo não
pode assumir um valor qualquer.
b) A carga do elétron depende da órbita em que
ele se encontra.
c) As órbitas ocupadas pelos elétrons são as
mesmas em todos os átomos.
d) O núcleo de um átomo é composto de prótons,
nêutrons e elétrons.
e) Em todos os átomos, o número de elétrons é
igual à soma dos prótons e dos nêutrons.
9
(PUCRS) Um átomo excitado emite energia,
muitas vezes em forma de luz visível, porque:
a) um de seus elétrons foi arrancado do átomo.
b) um dos elétrons desloca-se para níveis de
energia mais baixos, aproximando-se do núcleo.
c) um dos elétrons desloca-se para níveis de
energia mais altos, afastando-se do núcleo.
d) os elétrons permanecem estacionários em
seus níveis de energia.
d) os elétrons se transformam em luz, segundo
Einstein.
Um aluno, após ler o texto sobre os modelos
atômicos, ficou pensando nas afirmativas
propostas por John Dalton:
I) Os átomos são indivisíveis.
II) Os átomos de um mesmo elemento são
idênticos entre si.
Considerando os conhecimentos atuais, que
críticas se poderiam fazer a respeito dessas
afirmações?
I) _____________________________________
______________________________________
______________________________________
II) ____________________________________
______________________________________
______________________________________
6
7
Associe a cada afirmação a seguir o nome do
cientista correspondente:
I) O átomo seria uma esfera maciça, positiva,
na qual estão contidas algumas cargas elétricas
negativas. (_________________)
II) O átomo seria semelhante ao sistema
planetário, em que os elétrons descreveriam
órbitas em torno do núcleo, assim como os planetas
em torno do sol. (___________________)
III) O átomo deveria ser uma esfera maciça,
indivisível e indestrutível. (________________)
(UFRGS) Selecione a alternativa que apresenta
as palavras que completam corretamente
as lacunas, pela ordem, no seguinte texto
relacionado
com
o
efeito
fotoelétrico.
O efeito fotoelétrico, isto é, a emissão de .....
por metais sob a ação da luz, é um experimento
dentro de um contexto físico extremamente
rico, incluindo a oportunidade de pensar sobre
o funcionamento do equipamento que leva
à evidência experimental relacionada com
a emissão e a energia dessas partículas,
bem como a oportunidade de entender a
inadequacidade da visão clássica do fenômeno.
Em 1905, ao analisar esse efeito, Einstein fez a
suposição revolucionária de que a luz, até então
considerada como um fenômeno ondulatório,
poderia também ser concebida como constituída
10 (UFMG) Com relação ao modelo atômico de
Bohr, a afirmativa falsa é:
a) cada órbita eletrônica corresponde a um
estado estacionário de energia.
b) o elétron emite energia ao passar de uma
órbita mais interna para uma mais externa.
c) o elétron gira em órbitas circulares em torno
do núcleo.
d) o elétron, no átomo, apresenta apenas
determinados valores de energia.
e) o número quântico principal está associado à
energia do elétron.
1.2 Números quânticos
O
s números quânticos são quatro números que
caracterizam e identificam cada elétron de um
elemento químico.
O número quântico principal (n) indica o
nível de energia do elétron. Assume sempre valores
inteiros, correspondentes ao valor do nível de energia
em que se encontra o elétron: 1, 2, 3, ... até 7.
O número quântico secundário ou azimutal
(l) indica o subnível de energia do elétron e a
9
Química
O modelo atômico atual
forma geométrica desse subnível. Assume valores A distribuição eletrônica: sua representação
correspondentes ao subnível:
gráfica
Hoje temos a concepção de que, em termos de
atomística
moderna, um nível de energia deve ser
Subnível
Valor de l
compreendido como um grupo de orbitais. Cada
s
0
nível divide-se em subníveis e cada subnível dividep
1
se em orbitais, nos quais se encontram os elétrons.
d
2
A distribuição dos elétrons em níveis e subníveis
f
3
deve seguir uma ordem crescente de energia dos
mesmos. Essa ordem é dada pela expressão:
O número quântico magnético (m) indica
o orbital de energia do elétron e a sua orientação
E=n+l
magnética. Assume valores que variam de – l ...0...
+ l.
Em que n é o número quântico principal, e l é
o número quântico secundário. Assim, os subníveis,
em ordem crescente de energia, dispõem-se dessa
Orbital s
maneira:
0
1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f,
5d, 6p, 7s, 5f , 6d e 7p.
Orbital p
m=
-1
0
+1
-2
-1
0
Para conseguir essa ordem, basta seguir a
representação gráfica de Linus Pauling:
Orbital d
m=
+1
+2
1s
Orbital f
m=
-3
-2
-1
0
+1
+2
+3
2s
2p
Disponível em: <www.geocities.com>. Acesso em 07 ago. 2007.
m=
O número quântico de spin (s) indica o
3s
3p
3d
sentido de rotação do elétron. Assume valores
correspondentes ao movimento horário ou anti4s
4p
4d
4f
horário do elétron + ½ ou – 1/2. Para o nosso
estudo, iremos convencionar que o primeiro elétron
do subnível será representado por uma seta para
5s
5p
5d
5f
cima (↑) e terá valor – 1/2.
Quando fazemos a distribuição eletrônica
6s
6p
6d
dos elementos, devemos observar dois aspectos: a
obediência à Regra de Hund e o cumprimento do
Princípio da Exclusão de Pauli.
7s
7p
Regra de Hund: O preenchimento dos orbitais
de um mesmo subnível deve ser feito de modo que
Diagrama de distribuição eletrônica de Linus Pauling.
tenhamos o maior número possível de elétrons
desemparelhados. Isso se consegue colocando os
Empregando esse recurso de distribuição dos
elétrons todos num único sentido dentro deste elétrons na eletrosfera dos átomos, temos:
subnível até preenchê-lo parcialmente para, depois,
Sódio (Z=11 ) 1s2, 2s2, 2p6, 3s1.
completá-lo totalmente.
Cloro (Z=17 ) 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p5.
Princípio da exclusão de Pauli: Num mesmo
Ferro (Z=26 ) 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d6.
átomo, não encontramos dois elétrons com o
Disprósio (Z=66 ) 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2,
10
mesmo conjunto de números quânticos.
3d , 4p6, 5s2, 4d10 5p6, 6s2, 4f10.
10
Química
O modelo atômico atual
Nota-se que essas são as configurações
eletrônicas no estado fundamental, em que os
elétrons ocupam os subníveis de menor energia.
Essas configurações eletrônicas dos elementos
são de fundamental aplicação no estudo das
ligações químicas, que já foram vistas na primeira
série desse curso, além de contribuir para a
compreensão das disposições geométricas dos
átomos nas moléculas.
Para representarmos graficamente a distribuição
eletrônica dos elementos e para determinarmos os
números quânticos magnéticos e de spin, recorremos
à indicação de cada elétron por uma flecha vertical
(↑). Sabendo-se que em cada orbital cabem até
dois elétrons, adotam-se, para a diferenciação,
flechas com sentidos contrários (uma ↑ e outra ↓).
O primeiro elétron do orbital terá spin positivo ou
negativo, e o segundo terá spin de valor contrário ao
primeiro, bem como a sua representação em forma
de flecha.
O último elétron representado, o elétron de
diferenciação, é sempre o mais importante. É esse
o elétron que fornece os quatro números quânticos
que identificam o elemento.
Fazendo a distribuição eletrônica do potássio,
Z=19, e representando os elétrons nos orbitais de
cada subnível, temos:
↑↓
↑↓
1s2
2s2
↑↓
↑↓
2p6
↑↓
↑↓
3s2
↑↓
↑↓
3p6
↑↓
↑
Materiais ou substâncias paramagnéticas
são aquelas que possuem elétrons desemparelhados
e que, na presença de um campo magnético, se
alinham fazendo surgir, dessa forma, um ímã que
tem a capacidade de provocar um leve aumento
na intensidade do valor do campo magnético em
um ponto qualquer. Quando sujeitas a um campo
magnético, são atraídas, mas muito menos que
as substâncias ferromagnéticas. Só com campos
magnéticos muito fortes se revelam as propriedades
magnéticas.
Exemplos:
Oxigênio, sódio, sais de ferro e de níquel, alumínio,
silício.
Materiais ou substâncias ferromagnéticas são
aquelas que, quando sujeitas a um campo magnético,
são facilmente atraídas. São as substâncias que
melhor recebem as ações magnéticas. Esses materiais
se imantam fortemente, se colocados na presença de
um campo magnético. A presença de um material
ferromagnético altera fortemente o valor da
intensidade do campo magnético. São substâncias
ferromagnéticas somente o ferro, o cobalto, o
níquel e as ligas formadas por essas substâncias.
Os materiais ferromagnéticos são muito utilizados
quando se deseja obter campos magnéticos de altas
intensidades.
Exemplos:
Aço macio, níquel, cobalto.
4s1
Assim, determinamos que o valor dos quatro
números quânticos para o elétron diferencial que se
encontra em 4s1 é: n = 4 l = 0 m = 0 s = -1/2
Ao observar uma distribuição eletrônica,
podemos prever as características magnéticas dos
átomos de um elemento.
Materiais ou substâncias diamagnéticas são
aquelas que, se colocadas na presença de um campo
magnético, têm seus ímãs elementares orientados no
sentido contrário ao sentido do campo magnético Brincando com ímãs. Metais (aço) sob ação de forte campo
aplicado. Assim, estabelece-se um campo magnético magnético.
Disponível em: <www.saberebomdemais.com>. Acesso em: 21 jun. 2010.
na substância que possui sentido contrário ao do
campo aplicado. Assim, quando sujeitas a um
Materiais ou substâncias ferrimagnéticas
campo magnético muito forte, são ligeiramente são óxidos e misturas de óxidos com materiais
repelidas.
ferromagnéticos que apresentam propriedades
Exemplos:
magnéticas.
Vidro, água, antimônio, bismuto, chumbo, cobre,
gases raros.
Química
O modelo atômico atual
Exemplos:
Ferrites de zinco e manganês, ferrites de zinco e
níquel.
14 (FEI) Quais são os quatro números quânticos
dos dois elétrons mais externos do átomo de
número atômico 20?
______________________________________
Ferrites são materiais de alta dureza e quebradiço, os
quais são produzidos com óxido de ferro, cobalto, níquel,
manganês e zinco, que depois de serem misturados são
prensados de acordo com o perfil desejado.
O ferrite ideal deve ter uma alta resistência magnética,
porém não deve reter magnetismo.
______________________________________
______________________________________
______________________________________
______________________________________
______________________________________
As substâncias ferromagnéticas são fortemente
atraídas pelos ímãs. Já as substâncias paramagnéticas 15 (PUC) Assinale a alternativa que não é correta:
e diamagnéticas são, na maioria das vezes,
a) O número máximo de elétrons em cada orbital
é dois.
denominadas de substâncias não magnéticas, pois
b) No nível quântico principal quatro, há dois
seus efeitos são muito pequenos quando sobre a
orbitais.
influência de um campo magnético.
c) No subnível 5f, há 7 orbitais.
As fitas e os cartões magnéticos hoje utilizados
d) Os elétrons de um mesmo átomo podem ter,
são resultado da aplicação desse conhecimento
no máximo, três números quânticos iguais.
e) 5, 1, 0 e –1/2 são quatro números quânticos
tecnológico.
Exercícios de sala
11 Considere as afirmativas a seguir:
I) Elemento químico de número atômico 30 tem
3 elétrons de valência.
II) Na configuração eletrônica do elemento
químico com número atômico 26, há 6 elétrons
no subnível d.
III) 3s2 3p3 corresponde à configuração eletrônica
dos elétrons de valência do elemento químico de
número atômico 35.
IV) Na configuração eletrônica do elemento
químico de número atômico 21, há 4 níveis
energéticos.
Estão corretas somente as afirmativas:
a) I e II.
b) I e III.
c) II e III.
d) II e IV.
e) III e IV.
12 Dentre os números atômicos 23, 31, 34, 38 e
54, os que correspondem a elementos químicos
com dois elétrons de valência são:
a) 23 e 38.
b) 31 e 34.
c) 31 e 38.
d) 34 e 54.
e) 38 e 54.
13 A configuração eletrônica de um elemento
químico indica a existência de 9 elétrons com
número quântico principal 4 (n = 4). Esse
elemento químico tem número atômico:
a) 41.
b) 39.
c) 37.
d) 27.
e) 9.
do elétron de maior energia de um átomo do
elemento que pertence ao grupo 1 da Tabela
Periódica.
16 Analise o texto:
O número máximo de elétrons em um nível
pode ser dado pela expressão 2n2, onde n é o
número quântico principal do nível.
Assim, o número máximo de elétrons para o
quinto nível seria, teoricamente:
a) 50.
d) 8.
b) 32.
e) 20.
c) 18.
17 Analise o texto:
O número máximo de orbitais em um subnível
pode ser dado pela expressão (2l + 1), onde l é o
número quântico secundário.
Sendo assim, um subnível com l = 5
apresentaria:
a) 11 orbitais.
d) 8 orbitais.
b) 10 orbitais.
e) 7 orbitais.
c) 9 orbitais.
18 Assinale a alternativa falsa:
a) Os números quânticos servem para identificar
cada elétron de um átomo.
b) Teoricamente, um átomo apresenta infinitos
níveis e infinitos subníveis de energia.
c) O quinto nível de um átomo possui 6 subníveis
reais.
d) Um elétron sempre apresentará um spin quando
em sua posição normal em relação ao núcleo.
e) Orbital é a região de maior probabilidade para
se localizar um elétron.
11
12
Química
O modelo atômico atual
1.3 Hibridação
Até agora, procuramos compreender que os átomos
↑
↑
sp
sp
buscam estabilizar-se tentando atingir oito elétrons
na última camada (Regra do octeto). Porém, ocorre
Veja uma imagem geométrica da disposição
que alguns elementos formam compostos estáveis dos orbitais.
com número de elétrons diferente de oito nesta
última camada: seis, dez, doze, e até com elétrons
sp
desemparelhados, como no caso das moléculas
2s
180°
ímpares. Para explicar esse fato, tem-se a Teoria da
mix
+
Hibridação.
+
Conceito: Hibridação ou hibridização é o
sp
2p
fenômeno pelo qual os elétrons da última camada
de um átomo se redistribuem com a finalidade de
Disponível em: <www.mundodoquimico.hpg.ig.com.br>.
aumentar o número de elétrons desemparelhados,
Acesso em: 22 nov. 2006.
para se estabilizarem. Há, assim, uma expansão da
Assim, teremos H – Be – H com duas ligações
nuvem eletrônica da camada de valência.
covalentes s–sp; e Cl – Be – Cl com duas ligações
p–sp.
1.3.1 Hibridação do Berílio
O átomo de berílio (Z = 4) apresenta a
configuração eletrônica 1s2, 2s2, 2p0; deve ser,
portanto, bivalente ao fazer ligações covalentes.
Percebe-se que os elétrons do último nível
apresentam-se formando um par e não podem fazer
duas ligações covalentes normais.
Cl
+
Be
Cl
↑↓
2s2
2px0
2py0
2pz0
2p
Como o berílio é capaz de ligar-se a dois átomos
3p
Cl
sp
de hidrogênio ou dois átomos de cloro? Como se
Be sp
explicariam as duas ligações covalentes simples?
2p
Cl 3p
Desde 1930, existe a teoria da hibridação dos
orbitais, a qual propõe que haja uma redistribuição
Disponível em: <www.mundodoquimico.hpg.ig.com.br>.
Acesso em 22 nov. 2006.
dos elétrons emparelhados, buscando orbitais
vazios no mesmo nível de energia para manterem-se 1.3.2 Hibridação do boro
desemparelhados. Assim, a distribuição do berílio
ficaria:
O átomo de boro (Z = 5) apresenta
configuração eletrônica 1s2, 2s2, 2p1, devendo,
portanto, ser trivalente ao fazer ligações covalentes.
↑
↑
Percebe-se que os três elétrons do último nível não
se apresentam desemparelhados, mas, para fazer
2px1 2py0 2pz0
2s1
as três ligações covalentes, deverão também sofrer
hibridação.
Para que os elétrons não apresentem diferentes
energias (por estarem em diferentes subníveis),
↑↓
↑
ocorre então a fusão do orbital s com o orbital p
para formar um novo subnível, agora híbrido sp,
2px1 2py0 2pz0
2s2
com dois orbitais sp.
13
Química
O modelo atômico atual
Para tanto, deverão desemparelhar os elétrons
de 2s2, enviando um elétron para o orbital vazio do
mesmo nível 2py.
↑
↑
↑
2s1
2px1
2py1
2pz0
↑
↑
2(sp2)1
2(sp2)1
2(sp2)1
↑↓
↑
↑
2s2
2px1
2py1
2pz0
Estado ativado: há a migração de um elétron
do orbital 2s para o orbital 2pz.
Para que os elétrons não apresentem diferentes
energias (por estarem em diferentes subníveis),
ocorre a fusão do orbital s com os dois orbitais
p para formar um novo subnível híbrido sp2,
constituído de três orbitais também híbridos
sp2.
↑
Estado fundamental: apresenta apenas 2
elétrons desemparelhados.
↑
↑
↑
↑
2s1
2px1
2py1
2pz1
Estado híbrido: ocorre a fusão
dos orbitais dos subníveis s e p para
que manifestem mesma energia.
↑
↑
↑
↑
2(sp3)1 2(sp3)1 2(sp3)1 2(sp3)1
Hibridação sp2 do carbono
F
orbitais híbridos
F
F
molécula do BF3
1.3.3 Hibridação do carbono
A hibridação sp2 ocorre sempre que o carbono
necessitar fazer uma ligação pi, e, para isso, deve
reservar um orbital p puro. Ocorre então a fusão do
orbital s com apenas 2 orbitais p. Mesmo assim, o
carbono continua tetravalente.
Estado fundamental: apenas 2 elétrons
desemparelhados.
↑↓
↑
↑
O átomo de carbono, em seu estado
2px1 2py1 2pz0
2s2
fundamental, apresenta a seguinte configuração
Estado ativado: migração de um elétron do
eletrônica: 1s2, 2s2, 2p2, devendo ser, portanto,
bivalente ao fazer ligações covalentes. Mas o orbital 2s para o orbital 2pz.
carbono é, na maioria das vezes, tetravalente, e, para
tal, deverá sofrer hibridação, o que pode acontecer
↑
↑
↑
↑
de três maneiras, dependendo da disponibilidade de
ligantes.
2px1 2py1 2pz1
2s1
Hibridação sp3 do carbono
Esse tipo de hibridação existe
no carbono, que faz quatro ligações
do tipo sigma. O termo sp3 designa
um orbital híbrido formado
a partir da fusão de um
orbital s e três orbitais p.
Estado híbrido: fusão do orbital do subnível s
e de dois orbitais do subnível p para que apresentem
a mesma energia.
↑
↑
↑
2(sp2)1 2(sp2)1 2(sp2)1
↑
p
14
Química
O modelo atômico atual
Hibridação sp do carbono
↑↓
↑
↑
↑
A hibridação sp ocorre sempre que o
carbono necessitar fazer duas ligações
3p3
3d0
3s2
pi, e, para isso, deve reservar dois
orbitais p puro. Ocorre, então, a
Estado ativado: ocorre a migração de um
fusão do orbital s com apenas
1 orbital p. Mesmo assim, o elétron do orbital 3s para o orbital 3d.
carbono ainda continua tetravalente.
fundamental: apenas 2
Estado fundamental
↑
↑
↑
↑
↑
elétrons desemparelhados.
3s1
↑↓
↑
↑
2s1
2px1
2py1
2pz0
Estado ativado: migração de um elétron do
orbital 2s para o orbital 2pz.
↑
↑
↑
↑
2s2
2px1
2py1
2pz1
3p3
3d1
Estado híbrido: ocorre a fusão dos orbitais com
elétrons dos subníveis s, p e d para que apresentem
a mesma energia. Assim, teremos um subnível
híbrido, sp3d, com 5 elétrons desemparelhados.
↑
↑
↑
↑
↑
Orbitais 3sp3d
1.3.5 Hibridação do enxofre
Também o elemento enxofre
F
Estado híbrido: fusão do orbital do subnível s
F
pode sofrer hibridação, desde que F
e de dois orbitais do subnível p para que apresentem
S
necessite apresentar 6 elétrons
a mesma energia.
F
F
desemparelhados no último
F
nível de energia. Sendo a sua
configuração eletrônica 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p4,
↑
↑
↑
↑
observam-se 6 elétrons no último nível, mas apenas
p
p
2(sp1) 2(sp2)
2 desemparelhados, o que indica um elemento
bivalente. Mas o enxofre pode atuar até como um
elemento hexavalente, para formar, por exemplo, o
1.3.4 Hibridação do fósforo
SF6, quando sofrerá a hibridação sp3d2.
Cl
A teoria da hibridação abriu
Estado fundamental: 6 elétrons no último
nível, dois pares e dois desemparelhados.
a perspectiva de os átomos
Cl
Cl
P
estabilizarem-se com mais de
oito elétrons no último nível,
↑↓
↑↓
↑
↑
Cl
através da expansão da camada
3p4
3d0
3s2
de valência. Assim, quando há, no Cl
mesmo nível, pares eletrônicos e
Estado ativado: ocorre a migração de um
orbitais vazios, poderá ocorrer a hibridação. É o elétron do orbital 3s e de um elétron do orbital 3px
caso do fósforo em que sua configuração eletrônica para orbitais do subnível 3d.
é 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p3, portanto é trivalente. Mas
pode atuar como um elemento pentavalente para
↑
↑
↑
↑
↑
↑
formar o PCl5 e, para isso, deverá sofrer hibridação
3p3
3d2
3s1
sp3d.
Estado fundamental: apenas 5 elétrons no
Estado híbrido: ocorre a fusão dos orbitais com
elétrons dos subníveis s, p e d para que apresentem
último nível, um par e três desemparelhados.
Química
O modelo atômico atual
a mesma energia. Assim, teremos um subnível 1.4 Geometria Molecular
híbrido, sp3d2, com 6 elétrons desemparelhados.
Após o estudo das ligações químicas, em que
metais e ametais – na sua grande maioria – formam
compostos iônicos, e estruturas cristalinas rígidas
Orbitais 3sp3d2
em que os íons se mantêm unidos pela atração
eletrostática denominada ligação iônica; em que os
Exercícios de sala
metais ligam seus átomos entre si numa estrutura
19 (PUC-PR) A acetona (H3C-CO-CH3), um a apresentar um conjunto de íons positivos
importante solvente orgânico, apresenta nos mergulhados numa nuvem de elétrons livres dos
seus carbonos, respectivamente, os seguintes próprios átomos e em que os ametais formam
tipos de hibridação:
entre si, e com alguns metais, moléculas à custa
a) sp, sp3 e sp
de compartilhamento de pares eletrônicos o que
b) sp2, sp2 e sp2
constitui a ligação covalente, torna-se necessário
c) sp2, sp e sp2
observar a disposição dos átomos das estruturas no
d) sp2, sp3 e sp2
espaço. Justifica-se, então, o estudo da Geometria
e) sp3, sp2 e sp3
apresentada pelas várias substâncias existentes.
A ligação covalente que pode ser classificada em
20 (UFRN) Tal como o CO2, o CH4 também causa
o efeito estufa, absorvendo parte da radiação sigma (δ), – a primeira ligação entre dois átomos –
infravermelha que seria refletida da Terra para ou pi (π) – a segunda e terceira ligação entre dois
o espaço. Esta absorção deve-se à estrutura átomos, – também é designada de apolar, quando se
das suas moléculas que, no caso desses dois
estabelece entre átomos de mesma espécie; e polar,
compostos,
apresentam,
respectivamente,
quando se ligam átomos diferentes, de diferentes
ligações:
eletronegatividades. Em consequência, a molécula
Números atômicos: H = 1; C = 6; O = 8
formada poderá ser também classificada em polar
a) π e σs.
3
ou apolar. Porém isso depende da forma geométrica
b) π e σs-sp .
da molécula.
c) π e σs-p.
d) σs e π.
Há então, a necessidade de se saber a
e) σs-sp3 e π.
distribuição dos átomos na molécula? É um fator
muito relevante na química?
21 (UFRN) O ácido metanoico (fórmico), encontrado
A geometria molecular representa um
em algumas formigas e causador da irritação
papel
importante nas propriedades dos sistemas
provocada pela picada desses insetos, tem a
seguinte fórmula: HCOOH. O átomo de carbono macroscópicos?
Sim, o estudo da geometria molecular
dessa molécula apresenta hibridação:
a) sp com duas ligações sigma (σ) e duas possibilita ao investigador científico prever as
características, as propriedades das substâncias e o
ligações pi (π).
b) sp2 com três ligações sigma (σ) e uma ligação seu comportamento num dado meio.
pi (π).
Como, então, podemos prever a geometria de
c) sp2 com uma ligação sigma (σ) e três ligações uma molécula?
pi (π).
A maneira mais prática de determinar a
d) sp3 com três ligações sigma (σ) e uma ligação
geometria da molécula é através da aplicação da Teoria
pi (π).
da Repulsão dos Pares Eletrônicos da Camada de
22 (PUC-SP) No composto CH3CH2CH2CCCH2CH3 Valência. Para isso, basta aplicar a seguinte sequência:
1o passo:
existem:
Escreva a fórmula eletrônica da substância
a) Duas ligações sigma e quatro pi;
b) Quinze ligações sigma e três pi;
e conte quantas “nuvens de elétrons” existem ao
c) Dezoito ligações sigma e duas ligações pi;
redor do átomo central.
d) Quinze ligações sigma e duas ligações pi;
Entenda por “nuvem de elétrons”:
e) Sete ligações sigma e três ligações pi.
• uma ligação covalente simples, dupla, tripla ou dativa;
• par de elétrons não usado em ligação.
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