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QMC5104:// Qumica Bsica I

[Aula 01]

Distribuio eletrnica e

propriedades peridicas

Trabalho Escrito

Evoluo Teoria Atmica

Entregar no dia da prova

10/07/14

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A regio no espao onde a probabilidade de se encontrar um eltron maior

chamada de orbital. Dentro de cada orbital, os eltrons esto agrupados aos

pares.

Orbitais no so regies delimitadas do espao, mas para fins prticos

estabelecemos limites representando uma funo de probabilidade para

encontramos o eltron.

2 = Probabilidade (90 95%)

s p d

Forma dos orbitais s, p, e d geradas por computador. O orbital s esfrico, o

p tem forma de halteres e o d tem forma de um trevo de quatro folhas. 3

Distribuio de Eltrons em Camadas

Nmero de Camadas Nmero Mximo de eltrons

Maior Energia 4

a 32

3a 18

2a 8

1a 2

Menor Energia

Resumindo: Segundo a mecnica quntica, eltrons ocupam diferentes nveis (n = 1, 2,

3... Ou K, L, M...) de energia a diferentes distncias do ncleo. Quanto mais distante o nvel de energia est do ncleo mais eltrons ele pode conter.

Cada nvel de energia dividido em subnveis (s, p, d, f), onde se encontram os orbitais (regies do espao onde esto os eltrons):

Subnvel s orbital s Subnvel p orbitais px, py, pz Etc...

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5

Diferentes camadas tm diferentes nmeros de orbitais. O eltron de menor

energia ocupa o orbital 1s. O prximo orbital em energia a ser ocupado o orbital

2s, seguido pelo orbital 2p; e assim por diante.

Estrutura dos tomos: Configurao Eletrnica

Camada No Subcamadas Representao das Subcamadas

N

M

L

K

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Estrutura dos tomos: Configurao Eletrnica

1. Sempre preencha o orbital de mais baixa energia (princpio aufbau).

2. Somente dois eltrons podem ser colocados em cada orbital, e eles devem ter spins

opostos (Princpio de excluso de Pauli).

3. Se dois ou mais orbitais de igual energia esto disponveis, coloque um eltron em cada

orbital com spin paralelo at que todos estejam semi-preenchidos.(regra de Hund).

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Exerccio

Desenhe o diagrama de orbital e

faa a distribuio eletrnica

dos seguintes tomos, no estado

fundamental:

Si (Z=14)

Ar (Z=18)

Ti (Z=22) Forma

condensada

[Ar] 4s23d2

Paramagntico

Paramagntico

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10

11

Exerccio

Responda sem consultar a tabela

peridica

1) Prediga o grupo e perodo da

tabela peridica a que pertence cada

elemento abaixo. Quais so

paramagnticos?

a) Te (Z=52)

b) V (Z = 23)

c) Mg (Z = 12)

2) Dadas as posies dos elementos na

tabela peridica, indique seus

nmeros atmicos (Z).

a) Estanho (Sn): 5o perodo; grupo 14

b) Tlio (Ta):6o perodo; grupo 5

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Propriedades Peridicas: Raio Atmico

Diminui ao longo

do perodo: Maior

atrao dos eltrons

de valncia pelo

ncleo.

Aumenta ao

longo de um grupo:

Maior distncia dos

eltrons de valncia

do ncleo (diferentes

camadas).

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A quantidade de energia necessria para remover o eltron mais externo de um tomo gasoso em seu estado fundamental chamada energia de ionizao, Ei (1 Ei).

Propriedades Peridicas: Energia de Ionizao

OBS:

Camada de Valncia: camada mais externa.

e- de Valncia: e- da camada de valncia.

Ex: preciso

fornecer 1312,0 kJ

para conseguir

remover o eltron de

valncia de 1 mol de

tomos de H.

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Energias de ionizao para alguns elementos representativos

OBS: No geral a energia de ionizao cresce inversamente ao raio atmico

OBS: Observam-se algumas excees ao padro, por exemplo: a Ei do Be maior do que a do B a Ei do N maior do que a do O

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+ Energia (Eae) -

+

Anion tomo

(Estado fundamental)

OBS: quanto maior a quantidade de energia liberada (mais negativo o valor de Eae), maior a afinidade eletrnica.

Propriedades Peridicas: Afinidade Eletrnica

A quantidade de energia liberada ao se inserir um eltron na camada mais externa de um tomo em seu estado fundamental chamada afinidade eletrnica, Eea

Ex: Quando se insere 1

eltron em 1 mol de

tomos de F so liberados

328 kJ.

-328 kJ/mol

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Metais alcalinos no tm tendncia em receber eltrons,

baixa Eae eletropositivos

Elementos direita da tabela peridica tm grande tendncia em receber eltrons

elevada Eae eletronegativos

Propriedades Peridicas: Afinidade Eletrnica

Valores

de Eae

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Afinidades eletrnicas para alguns elementos representativos

OBS: No geral a afinidade eletrnica cresce juntamente com o energia de ionizao

OBS: Observam-se algumas excees ao padro, por exemplo: a Eae do F menor do que a do Cl a Eae do O menor do que a do S 18

Propriedades Peridicas: Eletronegatividade

A tendncia que um tomo tem em atrair para si o par de eltrons em uma ligao covalente chamada de eletronegatividade.

Escala de eletronegatividade de Pauling (adimensional): baseada em medidas de energias de ligao

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Maior afinidade eletrnica

Aumento da energia de ionizao

Aumento do raio atmico

Aumento da afinidade eletrnica

Aumento da energia de ionizao

Aumento do raio atmico

Aumento da eletronegatividade

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1- Escreva a configurao eletrnica no estado fundamental dos seguintes tomos.

a) N (Z=7) b) Si (Z=14) c) Se (Z= 34)

2- Prediga a posio dos seguintes elementos na tabela peridica. Quais tomos

devem ser paramagnticos nos estados fundamentais?

a) Li (Z=3) b) S (Z=16) c) Fe (Z=26) d) Zn (Z=30)

e) Ge (Z=32) f) Kr (Z=36).

3- Onde se encontram na tabela peridica os elementos com primeiras energias de

ionizao mais altas? Explique.

4- As seguintes partculas so isoeletrnicas, isto , elas possuem as mesmas

configuraes eletrnicas. Coloque-as em ordem decrescente de raios: Ne; F-, Na+, O2-,

Mg2+.

5- De forma geral, observa-se que a afinidade eletrnica cresce da esquerda para

direita e de baixo para cima na tabela peridica. Entretanto a afinidade eletrnica do

nitrognio bem menor do que a do carbono. Explique esta observao com base em

suas configuraes eletrnicas. Dados carbono (Z = 6) e nitrognio (Z = 7).

Exerccios:

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QMC5104:// Qumica Bsica I

[Aula 01 Parte 2]

Ligaes Qumicas

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Por que os tomos se ligam uns aos outros?

Ligao entre tomos resulta em espcie MAIS

ESTVEL que cada um dos tomos isoladamente.

So foras que unem os tomos formando molculas,

slidos inicos ou agrupamentos de tomos.

Ligaes Qumicas

ESTABILIDADE!!!

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Regra do Octeto Lewis e Kossel (1916)

A qumica de muitos elementos governada pela tendncia que o elemento possui de assumir a configurao eletrnica de um gs nobre

durante formao de ligao qumica.

GNs = pouca tendncia a reagir

Os tomos tendem a ganhar, perder ou compartilhar eltrons at que estejam circundados por oito eltrons de valncia

GNs

OBS: H e He se estabilizam com 2 eltrons!

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Ligao Inica

As ligaes inicas so prontamente formadas entre um tomo com baixa

energia de ionizao (eletropositivo) e outro com alta afinidade eletrnica

(eletronegativo). Resulta do ganho ou perda de eltrons.

Metal (M) + No-metal (X)

Os ons se mantm juntos pela atrao eletrosttica entre cargas de sinais

opostos.

Ex. NaCl, KCl, KF.

26

tomo de sdio (Na) tomo de cloro (Cl)

on de sdio (Na+) on de cloro (Cl-) 27

PERDA DE ELTRONS

PERODO

GRUPO

Metais: 1, 2, e 3 e- na CV

Ctions (C+)

Gases Nobres

Ao perder os eltrons

de valncia os metais

adquirem a

configurao do Gs

Nobre inferior na

tabela peridica 28

GANHO DE ELTRONS

PERODO

GRUPO

No-metais: 4, 5, 6 e 7 e- na CV

nions (A-)

Ao ganhar eltrons os

no-metais adquirem a

configurao do Gs

Nobre seguinte na tabela

peridica

Gases Nobres

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A interao entre ons forma estruturas cristalinas organizadas, com alto ponto de fuso e quebradias.

Cada on sdio

cercado por seis

nions de cloro e

vice-versa.

Alta estabilidade

Arranjo tridimensional do cloreto de sdio

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POR QUE OS SLIDOS INICOS SO

QUEBRADIOS ?

(a) O slido original um arranjo ordenado de C+ e A- . (b) Golpe de martelo empurra os ons: C+ + C+ e A- + A- = repulso. (c) Fora repulsiva = quebra em fragmentos com superfcies chatas e regulares

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Frmula de compostos inicos

Sabendo-se que compostos inicos so eletricamente neutros e conhecendo-se as cargas dos ons, pode-se obter as frmulas dos compostos inicos:

nion

Ction X- X2- X3- Exemplos

M+ MX M2X M3X NaF, Na2O, Na3N

M2+ MX2 MX M3X2 MgF2, MgO, Mg3N2

M3+ MX3 M2X3 MX AlF3, Al2O3, AlN 32

Formao da ligao inica favorvel

energeticamente

Energia total necessria para passar Na e Cl aos seus ons de +145 kJ.mol-1

A formao da ligao inica libera 787 kJ.mol-1

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Ligao qumica entre tomos de afinidade eletrnica assemelhada compartilhamento de . (no-metal + no-metal /no-metal + hidrognio)

Quando os tomos envolvidos na ligao compartilham um ou mais pares de

eltrons para completar suas camadas de valncia.

Ligao Covalente

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Nmero de ligaes de tomos sem carga formal depende do no de de valncia.

H

Br

Cl

F

O N C

1 Ligao 2 Ligaes 3 Ligaes 4 Ligaes

Camada de Valncia: camada mais

externa.

e- de Valncia: e- da camada de

valncia.

35

Representao de Lewis: Os eltrons da camada de valncia so

representados como pontos. Dois pontos entre dois tomos indicam uma

ligao covalente.

Estruturas de Lewis para compostos covalentes

36

Tamanhos diferentes

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A quantos tomos de H o tomo de P deve se ligar para formar a fosfina, PH??

Qual a frmula provvel para cada uma das seguintes substncias?

a) CCl? b) AlH? c) CH?Cl2 d)CH3NH?

P (Z=15); C (Z=6); Al (Z=13); Cl (Z=17); N (Z=7)

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Para desenhar estruturas de Lewis:

1) Contar o nmero de eltrons de valncia (EV) da molcula

EV = no de eltrons de valncia de todos os tomos isolados

-

carga da molcula

2) Desenhar o esqueleto bsico da molcula unindo os tomos por ligaes

simples

3) Completar o nmero de eltrons de valncia com pares isolados nos tomos,

completando seus octetos

4) Caso algum dos tomos no complete o octeto, pares isolados viram ligaes

mltiplas

Desenhando estruturas de Lewis

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EXERCCIO (Ligaes qumicas)

D a representao de Lewis para cada um dos compostos abaixo e diga

se uma ligao qumica inica ou covalente:

1) AgCl = cloreto de prata

3) MgO = xido de magnsio

5) LiH = hidreto de ltio

7) MgCl2 = cloreto de magnsio

9) Al2S3 = sulfeto de alumnio

2) F2 = molcula de flor

4) H2O = gua

6) HBr = cido bromdrico

8) BF3 = trifluoreto de boro

10) SF4 = tetrafluoreto de enxofre

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Carga Formal

Quando desenhamos a estrutura de Lewis, estamos descrevendo como

os eltrons esto distribudos em uma molcula ou on.

Em alguns casos podemos desenhar vrias estruturas de Lewis diferentes

que obedecem regra do octeto.

Ex: on sulfato

Como decidir qual a mais razovel???

-2 -2 -2 -2

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Carga Formal

a carga que um tomo teria se todos os pares de eltrons fossem

compartilhados igualmente (mesma eletronegatividade) e as ligaes fossem

perfeitamente covalentes.

Carga formal = no e- valncia do tomo - (no e- isolados + no e- de ligaes)

Ex: carga formal do oxignio na H2O = 6 ( 4 + 4) = 0 carga formal do oxignio em H3O

+ = 6 (2 + 6) = +1 carga formal do oxignio em OH- = 6 (6 + 2) = -1

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)2

1(CF lnlv eee

SO4-2 (on sulfato)

ESTRUTURA MAIS PLAUSVEL

A estrutura D, embora tenha o mesmo conjunto de cargas formais

que a estrutura C, descartada. improvvel o enxofre ter uma

carga formal negativa pois ele menos eletronegativo que o

oxignio.

-2 -2 -2 -2

43

)2

1(CF lnlv eee

CO2 (dixido de carbono)

0 0 0

0

0

+2 -2

-1 +1

Estrutura mais provvel

CARGA FORMAL

ENERGIA

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)2

1(CF lnlv eee

PO4-3 (on fosfato)

ESTRUTURA MAIS PLAUSVEL 45

)2

1(CF lnlv eee

SO2 (dixido de enxofre)

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Espcies que contm nmero mpar de eltrons (um dos tomos tem um e-

desemparelhado).

So altamente reativos. Ex: metil radical

Quando o tomo central da molcula tem 10, 12 ou at mais e- em sua camada

de valncia.

Isto ocorre com no-metais do terceiro perodo em diante, pois eles so grandes

e tm orbitais d que podem acomodar estes eltrons.

Ex: fsforo

Excees regra do octeto

Radicais

Expanso da camada de valncia

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Os tomos da famlia do boro (B) tm trs eltrons de valncia e formam

espcies nas quais ficam com 6 eltrons de valncia.

So espcies instveis e podem existir na forma de dmeros.

Ex: BF3, AlCl3, BH3.

Excees regra do octeto

Famlia 13: octeto incompleto

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