-
Rede So Paulo de
Cursos de Especializao para o quadro do Magistrio da SEESP
Ensino Fundamental II e Ensino Mdio
So Paulo
2011
-
UNESP Universidade Estadual PaulistaPr-Reitoria de Ps-GraduaoRua
Quirino de Andrade, 215CEP 01049-010 So Paulo SPTel.: (11)
5627-0561www.unesp.br
Governo do Estado de So Paulo Secretaria de Estado da
EducaoCoordenadoria de Estudos e Normas PedaggicasGabinete da
CoordenadoraPraa da Repblica, 53CEP 01045-903 Centro So Paulo
SP
-
sumrio introduo ficha
SumrioDisciplina 6
.............................................................................
5
Os tipos de ligaes qumicas do ponto de vista energtico e
estrutural .....5
Introduo
.....................................................................................5
Teorias da Ligao Covalente em molculas isoladas: Teoria da Ligao
de Valncia (TLV) e Teoria do Orbital Molecular (TOM)
............................6
Alguns comentrios sobre modelos cientficos e seus usos ........
10
Bibliografia
............................................................................
11
-
2
sumrio introduo ficha
Luiz Antonio Andrade de Oliveira
Camila Silveira da Silva
Olga Maria Mascarenhas de Faria Oliveira
Ficha da Disciplina:
Os tipos de ligaes qumicas do ponto de vista
energtico e estrutural
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.jsp?id=K4783116D2http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.jsp?id=K4736047U6http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.jsp?id=K4788359T8
-
3
sumrio introduo ficha
Estrutura da DisciplinaSemana Temas N da Atividade - Postagem
Tipo - Data
1
9/mai a
15/mai
Introduo - Box 1
1 - Dirio - indiv. - 9/mai a 15/mai
2 - autocorrigvel - indiv. - 9/mai a 15/mai
3 - autocorrigvel - indiv. - 9/mai a 15/mai
2
16/mai a
22/mai
1. A Descrio da Ligao Covalente pela Teoria da Ligao de
Valncia
4 - portflio - indiv. - 16/jun a 22/jun
5 - autocorrigvel - indiv. - 16/jun a 22/jun
3
23/mai a
29/mai
2. A Descrio da Ligao Covalente em Molcula Isolada atravs da
Teoria
do Orbital Molecular (TOM).
6 - portflio - indiv. - 23/mai a 29/mai
7 - formao dos grupos
8 - frum - grupo - 23/mai a 29/mai
9 - portflio - grupo - 23/mai a 12/jun
4
30/mai a
5/jun
3. Ligao Metlica - Aspectos Estruturais e Energticos
10 - portflio - indiv. - 30/jun a 5/jun
11 - autocorrigvel - indiv. - 30/jun a 5/jun
5
6/jun a
12/jun
4. Ligao Inica
12 - autocorrigvel - indiv. - 6/jun a 12/jun
13 - frum - indiv. - 6/jun a 12/jun
14 - dirio - indiv. - 6/jun a 12/jun
-
4
Unesp/R
edefor Mdulo III D
isciplina 06 Tema 1
sumrio fichaintroduo
Vdeo da Semana
Disciplina 6
Para a abordagem dos tpicos subseqentes essencial que o cursista
domine os aspectos bsicos da descrio probabilstica do tomo. Confira
o Box 1 para conferir os aspectos rele-vantes sobre o assunto.
Lembramos que as atividades da semana envolvero os tpicos do Box
1.
clique aqui para ver o Box 1
-
5
Unesp/R
edefor Mdulo III D
isciplina 06 Tema 1
sumrio fichaintroduo
Os tipos de ligaes qumicas do ponto de vista energtico e
estrutural
IntroduoNuma substncia real geralmente h uma forma de ligao
qumica predominante, como
por exemplo, a ligao covalente existente numa molcula isolada de
H2 molcula formada
por dois tomos de H idnticos. Quando em baixa presso e
temperatura elevada, cada mol-
cula de H2 est praticamente isolada, no sofrendo interaes
significativas com as molculas
vizinhas, muito distantes umas das outras. Neste caso, a energia
de estabilizao da molcula
isolada em relao aos seus tomos constituintes essencialmente de
origem covalente, prove-
niente das interaes dos dois eltrons do par eletrnico com os
ncleos atmicos da molcula.
Para a molcula isolada HCl no estado gasoso, embora a energia de
estabilizao global da
substncia em relao aos seus tomos constituintes ainda seja de
carter predominantemente
covalente, h uma contribuio significativa (cerca de 16% do
total), devido s formas de ca-
rter inico existentes na molcula, devido s diferenas de
eletronegatividades existente entre
os tomos de hidrognio e cloro que formam a molcula.
A descrio dos tipos de ligaes qumica a partir de um caso real,
onde a energia de estabili-
zao global geralmente envolve contribuies de diferentes tipos,
um assunto complexo. Caso
fosse abordado um sistema real para introduzir o assunto, essa
escolha tornaria o assunto muito
complicado para uma abordagem inicial. Assim, por motivos
puramente didticos vamos iniciar
nossa descrio dos tipos de ligaes qumica a partir de modelos
ideais, j descritos na Disci-
plina 5. Nesses sistemas ideais, as interaes que estabilizam uma
substncia numa determinada
condio so praticamente de um s tipo ou covalente, ou inica, ou
metlica, ou intermolecu-
lar , seguindo as caractersticas gerais j vistas anteriormente
para cada uma delas.
Teorias da Ligao Covalente em molculas isoladas: Teoria da Ligao
de Valncia (TLV) e Teoria do Orbital Molecular (TOM)
Como j visto anteriormente na disciplina 5, as formas geomtricas
ao redor do tomo central de molculas isoladas (ou ao redor de tomos
de carbono em uma cadeia carbnica de um composto orgnico), podem
ser previstas com relativa facilidade e razovel aproximao
-
6
Unesp/R
edefor Mdulo III D
isciplina 06 Tema 1
sumrio fichaintroduo
em relao aos dados obtidos experimentalmente, atravs da aplicao
das regras da Teoria da Repulso dos Pares de Eltrons na Camada de
Valncia (TRPECV) s frmulas de Lewis do compostos. Por isto, este
assunto no ser retomado.
Resta ento entender porque o compartilhamento de pares
eletrnicos entre os tomos que formam a molcula levam estabilizao da
molcula em relao aos tomos isolados que a formam. Como em todo
processo espontneo que ocorre na natureza, a formao da molcula
estvel deve ser acompanhado de um abaixamento de energia da molcula
formada em relao aos seus tomos constituintes isolados!
Na tentativa de entender o que ocorre quando uma molcula
formada, consideremos a formao da molcula mais simples que existe,
a molcula de H2, a partir de dois tomos de H isolados. Cada tomo de
H tem um nico prton no ncleo, e um nico eltron em sua eletrosfera,
que em seu estado fundamental de energia est localizado num orbital
atmico 1s, de geometria esfrica. Por simplicidade de representao,
ao invs de usar uma esfera para representar os orbitais s, vamos
utilizar a projeo de um corte da esfera ao longo de seu di-metro no
plano, o que resulta num crculo.
Consideremos que inicialmente os dois tomos de H, designados
arbitrariamente como 1 e 2, esto separados por uma distncia
infinita entre seus ncleos, de modo que o eltron do tomo 1 (e1) s
sofre atrao do ncleo 1, e o eltron 2 (e2) s atrado pelo ncleo 2. A
energia desta situao de separao tomada arbitrariamente como sendo o
zero de energia. Agora, num processo mental, imaginemos que os dois
ncleos se aproximam por uma distn-cia menor que a inicial, de modo
que cada eltron passe a sofrer a atrao simultnea dos dois ncleos.
Esta situao esquematizada a seguir.
(e1)
(e2)
-
7
Unesp/R
edefor Mdulo III D
isciplina 06 Tema 1
sumrio fichaintroduo
Como consequncia da atrao simultnea de cada eltron pelos dois
ncleos, deve haver um abaixamento da energia potencial do sistema
em relao ao zero arbitrrio estabelecido para o sistema (separao
infinita entre os ncleos dos tomos de H). Para a Qumica, na
des-crio de um sistema sob estudo, o que interessa sua energia
interna. Por conveno, sempre que, como resultado de uma interao, a
energia interna do sistema abaixa, desprendendo energia para o
ambiente, a esta energia atribudo sinal negativo. Se o processo
hipottico for continuado, espera-se que haja um decrscimo contnuo
da energia interna do sistema devido interao entre os eltrons e os
ncleos, medida que diminui a separao entre os ncleos dos tomos que
formam a molcula de H
2. Ser que esta estabilizao aumenta indefinidamente,
medida que a distncia de separao entre os ncleos dos tomos de H
diminui? Obviamente que no, pois os tomos de H ocupam volume no
espao, e quando as distncias entre os n-cleos se tornam pequenas,
as interaes de repulso eltron-eltron e ncleo-ncleo comeam a
aumentar rapidamente. Pela conveno adotada, as interaes de repulso,
por resultarem em aumento da energia interna do sistema, tm sinal
positivo. Representando estas contribuies atrao eltron-ncleo,
eltron-eltron e ncleo-ncleo num grfico de energia vs distncia de
separao entre os ncleos dos tomos de H, temos a situao
esquematizada a seguir.
0
+
-
Repulso
Atrao
Distncia H - H
-
8
Unesp/R
edefor Mdulo III D
isciplina 06 Tema 1
sumrio fichaintroduo
Como resultado global das interaes de atrao e repulso existentes
na molcula de H2
obtm-se a curva de potencial esquematizada a seguir.
0
repulso
distncia de ligao de equilbrio
energia de ligao
distncia internuclear
ene
rgia
Nesta curva de energia total nota-se que h um ponto de energia
mnima, com valor de 458,0 kJ mol
-1 para a molcula H2, que exatamente a distncia entre os ncleos
dos tomos
de H em uma molcula de H2, a distncia de ligao H H, igual a 74,2
pm.
A curva resultante descreve a situao quando os dois orbitais 1s
dos tomos de H se apro-ximam, com os eltrons dos tomos de H tendo
spins opostos, obedecendo assim ao Princpio de Excluso de Pauli.
Nesta situao, as densidades eletrnicas associadas aos dois tomos de
H interagem e se somam, resultando no aumento da densidade
eletrnica na regio entre os seus ncleos. Este reforo da densidade
eletrnica na regio internuclear corresponde exata-mente formao da
ligao qumica, na qual a densidade eletrnica localizada nessa regio
atrada simultnea pelos dois ncleos.
-
9
Unesp/R
edefor Mdulo III D
isciplina 06 Tema 1
sumrio fichaintroduo
H outra possibilidade de aproximao dos dois tomos de H, que a
dos eltrons terem os mesmos spins. Nesta situao, o Princpio de
Excluso de Pauli no obedecido, no h aumento de densidade eletrnica
na regio entre os ncleos, e no h estabilizao energtica do sistema
em relao aos tomos inicialmente isolados.
A descrio da formao da ligao qumica pelo recobrimento das
densidades eletrnicas dos eltrons contidos nos orbitais das camadas
de valncia dos tomos que formam a molcula, geral-mente descrita por
duas abordagens, que levam a resultados praticamente equivalentes
em seus aspectos gerais: a Teoria da Ligao de Valncia (TLV) e a
Teoria do Orbital Molecular (TOM).
As duas teorias descrevem o processo que ocorre na formao da
molcula a partir dos tomos isolados, com base em seus postulados
bsicos, alguns coincidentes e outros no, en-volvendo aspectos
qualitativos e quantitativos. Os aspectos qualitativos do processo
envolvem tpicos como a determinao de quais so os orbitais atmicos
das camadas de valncia dos tomos que renem condies de interagirem
dentro da geometria molecular, resultando em aumento da densidade
eletrnica total na regio compreendida entre os ncleos,
estabilizando assim a molcula em relao aos seus tomos separados. Os
aspectos quantitativos envolvem clculos das densidades eletrnicas
em cada ponto da molcula, da energia de ligao da mo-lcula, de
propriedades fsico-qumicas como energias de ionizao, espectros de
emisso e absoro, e a validao do modelo pela comparao entre as
previses tericas e os dados ex-perimentais medidos para cada
grandeza.
Dos dois aspectos envolvidos na descrio das molculas, devido
complexidade matem-tica envolvida na abordagem quantitativa, fora
dos objetivos de nossa disciplina, abordaremos apenas os aspectos
qualitativos do problema. Felizmente, a abordagem qualitativa,
mesmo sendo mais simples, permite-nos ter uma viso surpreendente
sobre a formao da ligao qumica, permitindo prever estabilidades,
formas geomtricas, propriedades magnticas e el-tricas, tendncias e
explicao de propriedades, dentre outros aspectos.
Na abordagem qualitativa que se segue sobre essas teorias de
ligao e seus modelos, pre-tende-se mostrar os princpios gerais em
que se baseiam cada uma delas, suas semelhanas e diferenas, suas
aplicaes e comparao entre as previses tericas e dados
experimentais, suas vantagens e desvantagens, assim como os limites
de suas aplicaes.
-
10
Unesp/R
edefor Mdulo III D
isciplina 06 Tema 1
sumrio fichaintroduo
Alguns comentrios sobre modelos cientficos e seus usos
Nessa altura, antes de comearmos a utilizar modelos cientficos,
importante destacar que um modelo cientfico difere fundamentalmente
de modelos filosficos, como os empregados pelos antigos filsofos
gregos para explicar as propriedades da matria e do cosmo, em vrios
aspectos. Um modelo filosfico baseado apenas na lgica e na
razo!
Um modelo cientfico s tem validade, e aceito e utilizado pela
comunidade cientfica, quando preenche uma srie de requisitos,
dentre os quais pode-se citar: i) capacidade de expli-car os dados
disponveis na poca em que foi proposto; ii) capacidade de prever
dados novos, e explicar dados no previstos e no disponveis na poca
de sua proposio e, iii) principalmen-te, que suas previses tericas
sejam comprovadas por medidas experimentais. Quando um modelo no
consegue explicar observaes novas que surgiram, inicialmente seus
postulados bsicos so revistos e adaptados. Se com essas modificaes
o modelo consegue se adaptar nova realidade existente, ele continua
a ser aceito e utilizado pela comunidade cientfica, constituindo o
que na terminologia de Thomas Kuhn, constitui um paradigma. Caso
haja uma incompatibilidade fundamental que no possa ser conciliado
com os novos dados por peque-nas revises, o modelo eventualmente
abandonado por outro, ou, ao menos, so delimitados os limites de
sua aplicao. Quando o modelo abandonado por outro, baseado em
postula-dos divergentes dos anteriores, temos o que Kuhn denominou
de quebra de paradigma. Um exemplo tpico de quebra de paradigma o
do incio da Fsica Quntica no incio do Sculo XX, quando se verificou
que o princpio da energia contnua da Fsica Clssica no conseguia
explicar fenmenos relacionados com o mundo submicroscpico dos
tomos. A substituio da energia contnua da Fsica Clssica pela
energia quantizada e descontnua proposta por Planck para explicar
propriedades do tomo representa um exemplo clssico de quebra de
pa-radigma. Aps a proposio da Fsica Quntica, a Fsica Clssica foi
abandonada? Neste caso bvio que no! A Fsica Clssica continua
prevendo com preciso o movimento de planetas e naves espaciais,
descrevendo o movimento de msseis e gros de poeira, calculando a
rela-o entre eletricidade e magnetismo, e outros conhecimentos
cientficos envolvidos no nosso cotidiano, todos relacionados com o
mundo macroscpico. No entanto, sabe-se hoje que os princpios da
Fsica Clssica falham na descrio do mundo atmico, tendo de ser
substitudo neste limite pelos princpios da Fsica Quntica.
-
11
Unesp/R
edefor Mdulo III D
isciplina 06 Tema 1
sumrio fichaintroduo
Bibliografia
QUEIROZ, Salete Linhares; BATISTA, Alzir Azevedo. Funes
biolgicos do xido ntrico. Qumica nova, So Paulo, v. 22, n. 4, p.
584-590, 1999. Disponvel em: . Acesso em: 15 abr. 2011.
TOMA, Henrique E. Ligao qumica: abordagem clssica ou quntica.
Qumica nova na escola, So Paulo, n. 6, p. 8-12, nov. 1997.
Disponvel em: . Acesso em: 16 abr. 2011.
LIDE, D.R. (Ed.) Handbook of chemistry anda physics. 89th Ed.
Boca Raton: CRC Press, 2009.
LOPES, Alice Ribeiro Casimiro; MORTIMER, Eduardo Fleury;
ROCHA-FILHO, Ro-meu C. (Ed.). Cadernos temticos de qumica nova na
escola. So Paulo: Sociedade Brasileira de Qumica, 2001. Disponvel
em: . Acesso em: 18 abr. 2011.
KUHN, T. S. A estrutura das revolues cientficas. 7. Ed. So
Paulo:Perspectiva, 2002. ISBN 85-273-0111-3.
-
Pr-Reitora de Ps-graduaoMarilza Vieira Cunha Rudge
Equipe CoordenadoraCludio Jos de Frana e Silva
Rogrio Luiz BuccelliAna Maria da Costa Santos
Coordenadores dos CursosArte: Rejane Galvo Coutinho
(IA/Unesp)
Filosofia: Lcio Loureno Prado (FFC/Marlia)Geografia: Raul Borges
Guimares (FCT/Presidente Prudente)
Ingls: Mariangela Braga Norte (FFC/Marlia)Qumica: Olga Maria
Mascarenhas de Faria Oliveira (IQ Araraquara)
Equipe Tcnica - Sistema de Controle AcadmicoAri Araldo Xavier de
Camargo
Valentim Aparecido ParisRosemar Rosa de Carvalho Brena
SecretariaMrcio Antnio Teixeira de Carvalho
NEaD Ncleo de Educao a Distncia(equipe Redefor)
Klaus Schlnzen Junior Coordenador Geral
Tecnologia e InfraestruturaPierre Archag Iskenderian
Coordenador de Grupo
Andr Lus Rodrigues FerreiraGuilherme de Andrade Lemeszenski
Marcos Roberto GreinerPedro Cssio Bissetti
Rodolfo Mac Kay Martinez Parente
Produo, veiculao e Gesto de materialElisandra Andr Maranhe
Joo Castro Barbosa de SouzaLia Tiemi Hiratomi
Liliam Lungarezi de OliveiraMarcos Leonel de Souza
Pamela GouveiaRafael Canoletti
Valter Rodrigues da Silva
Marcador 1Disciplina 6 Os tipos de ligaes qumicas do ponto de
vista energtico e estrutural
IntroduoTeorias da Ligao Covalente em molculas isoladas: Teoria
da Ligao de Valncia (TLV) e Teoria do Orbital Molecular (TOM)
Alguns comentrios sobre modelos cientficos e seus
usosBibliografia
Boto 2: Boto 3: Boto 6: Boto 7: Boto 38: Pgina 3:
Boto 39: Pgina 3:
Boto 65: Pgina 4: Pgina 5:
Boto 66: Pgina 4: Pgina 5:
Boto 40: Pgina 6: Pgina 7: Pgina 8: Pgina 9: Pgina 10: Pgina 11:
Pgina 12: Pgina 13:
Boto 41: Pgina 6: Pgina 7: Pgina 8: Pgina 9: Pgina 10: Pgina 11:
Pgina 12: Pgina 13:
Boto 4:
