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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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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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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.
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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.
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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
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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
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)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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