Ciencias Unidade 2 Capitulo 2

8/17/2019 Ciencias Unidade 2 Capitulo 2

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O balonista norte-americano Ken Couch,

de 48 anos, pousou em Idaho […] depois deter voado 378 quilômetros, durante nove

horas, sustentado por mais de 150 balões

de gás hélio. Ao pousar em segurança, ele foi

calorosamente recebido por moradores locais.Em agradecimento, ele distribuiu alguns dosbalões que o ajudaram na travessia às crianças

da região. Couch havia decolado no sábado doOregon, na sua terceira tentativa de voar atéIdaho. Ele se despediu de sua mulher, filhos eaté mesmo de seu cão de estimação, antes que

sua equipe de terra lhe desse o empurrão para

que ele pudesse levantar voo. Ele estava equi-pado com um aparelho de GPS, um altímetroe um telefone via satélite. Para se alimentar,

Couch carregava alguns ovos cozidos, carneseca e chocolates.

Adaptado de http://g1.globo.com/(acesso em 20 maio de 2010)

• O hélio é um gás nobre, grupo decompostos que estudamos no capítuloanterior. Por qual motivo você achaque esses gases são chamados de “no-

bres”?• O gás hélio é formado por átomos do

elemento químico hélio. Já outros gasesque conhecemos são formados pormoléculas, como O2, N2 e CO2. Comovocê explica essa diferença?

• O que aconteceria se o balonista tivesseenchido cada um dos balões com o arexpirado dos próprios pulmões?

Norte-americano pousa em Idahoapós voar durante nove horas

sustentado por balões.

Capítulo

2

12

Ligações químicas

R e p r o d u ç ã o p r o i b i d a . A

r t . 1 8 4 d o C ó d i g o P e n a l e L e i 9 . 6

1 0 d e 1 9 d e f e v e r e i r o d e 1

9 9 8 .

J E F F B A R N A R D / A P P H

O T O / I M A G E P L U S

Troca de ideias


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Interessante

Os gases nobres e a regra do octetoDesde que acordamos até quando vamos dormir, utilizamos uma grande variedade

de produtos químicos. O creme dental contém várias substâncias, cada uma com uma funçãodiferente, como corantes e abrasivos. O pão contém carboidratos, essenciais para o nosso corpo,

e glúten, entre outras substâncias.Só é possível haver essa variedade de substâncias porque os elementos químicos interagementre si de diversas formas. Mas por que isso ocorre?

Walther Kossel, em 1916, realizou estudos envolvendo os gases nobres. Esses gases sãomuito estáveis, ou seja, dificilmente realizam ligações com outros elementos químicos. Baseadoem seus estudos, Kossel enunciou o que hoje conhecemos como regra do octeto. Suas ideiasforam posteriormente aperfeiçoadas por Gilbert Lewis. De acordo com essa regra, os átomosadquirem estabilidade quando sua camada de valência (última camada ocupada por elétrons) setorna semelhante à dos gases nobres. Com exceção do hélio, que possui apenas dois elétrons nasua única camada, os demais gases nobres apresentam oito elétrons em sua camada de valência(CV), de onde vem o nome “octeto”. Os

demais elementos, portanto, fazem liga-ções químicas para que suas camadas devalência se tornem semelhantes às dosgases nobres e, dessa forma, adquiramestabilidade. Os elementos com 1, 2 ou3 elétrons na CV tendem a perder esseselétrons, enquanto aqueles com 5, 6 ou7 elétrons na CV tendem a receber elétronspara se estabilizarem.

Os gases nobres apresentam oitoelétrons na camada de valência.

O hélio apresenta apenas dois,número máximo permitido

na camada K.

Nível(n)

ÁtomoK 1

L2

M3

N4

O5

P6

Q7

22He

10Ne

18Ar

36Kr

54Xe

86Rn

2

2

2

2

2

8

8

8

8

8

8

18

18

18

8

18

32

8

18 8

Os gases de caráter

Os gases nobres foram apelidados assim por causa

da resistência que apresentam a se ligarem a outroselementos. Os químicos que descobriram suas proprie-dades costumavam dizer que esses gases possuíam

“nobreza de caráter”, pois se mantinham integralmente

na sua forma original, sem deixar que outros elementosos influenciassem. Atualmente, sabe-se que, em deter-minadas condições, o xenônio, o criptônio e o radônio(e em menor proporção, o argônio) formam compostos;porém, quando o fato veio à tona, o nome já havia sepopularizado.

Adaptado de http://www.terra.com.br/

(acesso em 18 maio 2010)

T A T

I A N

A

P O P

O V A / S H U T T E R S T

O C K




9 9 8 .

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Prazer em conhecê-lo!

Gilbert Newton Lewis

Nascido nos Estados Unidos em 1875, Lewisdoutorou-se pela Universidade de Harvard e chegou atrabalhar por algum tempo na Alemanha. Contribuiude forma decisiva para o entendimento das ligaçõesquímicas, ao propor o compartilhamento de elétronscomo forma de ligação química. Além disso, tambémisolou o deutério (um isótopo do hidrogênio) e de-senvolveu importantes pesquisas na área da químicaorgânica. Lewis faleceu em 1946.

Atividades

1 Qual a relação entre a regra do octeto e a formação de ligações químicas entre os átomos?

2 O hidrogênio apresenta apenas um elétron na camada de valência, da mesma forma que osódio. No entanto, esses dois elementos químicos não obedecem à regra do octeto da mesmaforma. Justifique essa afirmação.

(Dado: números atômicos: H = 1; Na = 11)

3 Indique os cátions ou ânions que cada elemento químico deverá formar para atingir sua es-tabilidade de acordo com a regra do octeto.a) Al (Z = 13)

b) S (Z = 16)




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4 As lâmpadas incandescentes normalmente têm um gás nobre em seu interior, sendo o argô-nio um dos mais usados. A temperatura do filamento dessas lâmpadas pode chegar a maisde 2.000 ºC, sendo utilizado um metal de altíssimo ponto de fusão, como o tungstênio. Ela-

bore uma hipótese para o uso de um gás nobre no interior dessas lâmpadas.

5 Um átomo neutro de alumínio precisa perder três elétrons para atingir a estabilidade, de for-ma que sua eletrosfera fique idêntica à do gás nobre neônio (Z = 10). Com base apenas nessesdados, é possível saber o número atômico do alumínio?

Atividades complementares

6 Considere os elementos X (Z = 12), Y (Z = 15) e W (Z =18). Qual deles já está estável, de acor-do com a regra do octeto?

7 Qual o número de elétrons que um átomo neutro de nitrogênio (Z = 7) precisará receber parase estabilizar? Qual o ânion que será formado?

Ligação iônicaVocê certamente não gostaria de comer um pedaço de sódio! Esse metal reage violentamente

com a água, liberando o explosivo gás hidrogênio. O gás cloro, por sua vez, tem cor esverdeada epode ser mortal se respirado.

Apesar disso, quando essas duas substâncias — sódio e cloro — reagem, formam um compostoque ingerimos todos os dias: o sal de cozinha. Vamos ver como isso ocorre.

Sódio

Cloreto de sódio

(sal de cozinha)

Cloro

+ =

[1] UNIVERSITY OF ULM, GERMANY, ALEMANHA, [2] WWW.AMAZINGRUST.COM,

[3] LASSE KRISTENSEN/SHUTTERSTOCK

[1]

[2]

[3]




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O sódio (Na) é um metal pertencente à família dos alcalinos, ou seja, ao grupo 1 da tabelaperiódica. Como seu número atômico é 11, sabemos que, quando neutro, ele apresenta 11 elétronse 11 prótons (eletricamente neutro). Sua eletrosfera apresenta três camadas eletrônicas e a camadade valência é a M, com apenas um elétron.

O cloro (Cl) é um ametal pertencente à família dos halogênios (família 17). Com númeroatômico 17, ele apresenta 17 prótons e 17 elétrons. Sua eletrosfera apresenta três camadas eletrônicase a camada de valência é a M, como no sódio, mas com sete elétrons.

Tanto o sódio quanto o cloro não estão estáveis, de acordo com a regra do octeto. Para atingira estabilidade, o sódio poderia ganhar sete elétrons (completando o octeto na camada M) ou perderapenas um elétron (seu único elétron da camada M) e ficar com oito elétrons na camada L. A últimahipótese é a que ocorre, por envolver uma energia muito menor. O sódio perde um elétron de suacamada de valência e se transforma num cátion (átomo positivamente carregado), já que possuiagora mais prótons (11) do que elétrons (10).

Já o cloro pode atingir o octeto facilmente se receber um elétron na camada M. Ao receberesse elétron, o cloro transforma-se num ânion (átomo negativamente carregado), pois passa a termais elétrons (18) do que prótons (17).

Como vimos, o sódio necessita ceder um elétron e o cloro precisa receber um elétron. Surgeuma ligação iônica, e a transferência desses elétrons é definitiva. Como o sódio e o cloro agora

apresentam cargas elétricas opostas, cria-se uma força atrativa entre eles, responsável pela formaçãodo composto iônico Na+Cl

–.

Na Na+

Cl Cl–] ]

Representação de Lewis para o Na+Cl – .

Agora vamos generalizar: para a ocorrência de ligação iônica entre dois átomos, é necessárioque um deles atinja a estabilidade perdendo elétrons (e, assim, formando cátions) e o outro seestabilize recebendo elétrons, originando ânions. Considere o cátion Al 3+ e o ânion S2–. Para saber

o composto iônico formado entre eles, basta utilizar a carga do cátion como índice do ânion, evice-versa. Assim, o composto formado será o Al2S3.

2Al

3+

3S

2–

Cátion Ânion

Como vimos anteriormente, os metais geral-mente se apresentam com menos de quatro elétronsna CV, então preferem perder elétrons, enquantoos ametais costumam apresentar mais de quatroelétrons, assim sua preferência é receber elétrons.As ligações iônicas, portanto, costumam ocorrer entremetais e ametais ou entre metais e o hidrogênio.

Os compostos iônicos são sólidos em tempe-ratura ambiente. Em geral, têm pontos de fusão

bastante altos, já que a ligação iônica é muitoforte. O cloreto de sódio, por exemplo, funde-sea 801 °C.

Estrutura de um cristal de NaCl.




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Atividades

Texto para as questões de 8 a 11.

O bócio endêmico é um distúrbio causado pela carência de iodo na alimentação, principalmenteem regiões afastadas do litoral. Quando prolongada, essa carência provoca o mau funcionamentoda glândula tireoide, podendo aumentar seu volume (a “papeira”). Para prevenir a ocorrência do

bócio, é obrigatória a adição de iodo (na forma de iodeto de potássio) ao sal de cozinha.

8 Elabore uma hipótese para o uso do sal de cozinha, e não de outro alimento, na reposi-ção do iodo.

9 O iodeto de potássio é formado pelos elementos K (Z = 19) e I (Z = 53). Quais os íons formadospor cada um desses elementos?

10 Dê a fórmula do iodeto de potássio.

11 O alumínio apresenta três elétrons na sua camada de valência. O oxigênio apresentaseis elétrons de valência. Qual o composto formado pela ligação iônica entre esses doiselementos?


12 Baseando-se na regra do octeto, explique por que não é possível formar um composto iônicoentre o oxigênio, com seis elétrons na camada de valência, e o cloro, com sete elétrons nacamada de valência.

13 Monte o composto iônico formado entre os seguintes pares de elementos:a) Na (Z = 11) e F (Z = 9)

b) Ca (Z = 20) e N (Z = 7)

14 Por que os compostos iônicos têm pontos de fusão e de ebulição tão altos?




9 9 8 .

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Interessante

Ligação covalenteSe pensarmos no modelo da ligação iônica, na qual um

átomo perde elétrons e o outro ganha, como poderíamos explicara existência de moléculas formadas por átomos iguais ligados

entre si, como o O2 e o H2? Se eles são iguais, então não é possívelque ocorra transferência de elétrons. Nesses casos, ocorre a ligação

covalente.Em vez de doarem ou receberem elétrons, os átomos que fazem

ligação covalente realizam um compartilhamento de elétrons. Os elétronscompartilhados passam a fazer parte da eletrosfera dos dois elementos

envolvidos, permitindo que eles se estabilizem.Vamos analisar o caso do H

2. O hidrogênio (H), de número atômico 1,

tem apenas um elétron na camada de valência. Apesar disso, ele se estabilizacom dois elétrons na camada K, uma vez que este é o número máximo de elétrons que

esta comporta. Dessa forma, os dois átomos envolvidos na formação da molécula de hidrogênio seligarão por meio de ligação covalente, compartilhando seus elétrons de maneira a assemelharem-seao hélio (gás nobre).

Para representarmos adequadamente um composto covalente, devemos mostrar:1) sua fórmula eletrônica ou de Lewis, na qual indicamos os elétrons

de valência dos átomos envolvidos e a ligação ocorrida entre eles;2) sua fórmula estrutural plana, em que substituímos os pares eletrô-

nicos envolvidos em ligações covalentes por traços;3) sua fórmula molecular, na qual representamos as quantidades e os

tipos de átomos envolvidos na formação da molécula.

As ligações covalentes são mais fracas do que as ligações iônicas pornão haver formação de cargas elétricas de sinais contrários (cátions e ânions).Os compostos covalentes têm, em geral, pontos de fusão mais baixos do que os compostos iônicos.Podemos facilmente derreter açúcar em uma panela, pois o açúcar é um composto covalente. Mas,

para derretermos o sal de cozinha, que é um composto iônico, precisaríamos de temperaturas muitomais elevadas do que seriam possíveis num fogão caseiro.

H H

H H

H2

Molecular ou iônico?

Alguns compostos apresentam ligações covalentes e iônicas em sua estrutura. Nessecaso, esses compostos são considerados iônicos. Para que o composto seja consideradomolecular, devem ocorrer apenas ligações covalentes em sua estrutura. Observe ocomposto a seguir, cujo nome é carbonato de sódio. Ele apresenta ligações covalentes

entre o carbono e os oxigênios e ligações iônicas entre os oxigênios e os sódios. Portanto,é um composto iônico.

Por outro lado, observe a fórmula estrutural do metano. Como ele apresenta apenasligações covalentes, é considerado um composto molecular.

C

O

Na+

–

O O–

Na+

C

H

H

H H

Carbonato de sódio, umcomposto iônico.

Metano, um compostomolecular.




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Atividades

15 O carbono é um elemento químico indispensável para a vida como a conhecemos. Ele podeformar cadeias nas quais milhões de átomos se ligam entre si, originando proteínas, polissa-carídios e uma grande variedade de outras substâncias. Sabendo que o carbono possui qua-tro elétrons na camada de valência e que o hidrogênio possui apenas um, monte as fórmulas

de Lewis, estrutural plana e molecular para o metano, composto formado apenas por umátomo de carbono e hidrogênio.

Texto para as questões 16 e 17.

O elemento químico cloro pode formar diversos compostos com elementos como o hidrogênio,carbono, sódio e cálcio.

(Dado: elétrons na camada de valênciaw cloro = 7; hidrogênio = 1; carbono = 4; sódio = 1; cálcio = 2)

16 Com quais dos elementos citados o cloro forma compostos covalentes?

17 Quais as fórmulas eletrônica, estrutural plana e molecular de um dos compostos formados?


Os dirigíveis são chamados de aeronaves mais leves que o ar porque, para flutuarem, eles usamgases mais leves que o ar. O gás mais comum em uso hoje em dia é o hélio, que tem capacidade de

elevação de 1,02 kg/m3

. O hidrogênio foi muito utilizado nos primeiros dirigíveis porque era ainda maisleve, com uma capacidade de elevação de 1,1 kg/m3, e era mais fácil e mais barato de comprar do que o

hélio. Entretanto, o desastre do Hindenburg acabou com o uso do hidrogênio nos dirigíveis porque ele se

queima muito facilmente, e o hélio não é inflamável. Embora essa capacidade de flutuação possa parecer

pequena, os dirigíveis carregam incríveis volumes de gás — centenas de milhares de metros cúbicos.Com todo esse poder de elevação, os dirigíveis podem transportar cargas pesadas facilmente.

Fonte: http://viagem.hsw.uol.com.br/dirigiveis2.htm (acesso em 17 jun. 2010)

18 É correto dizer que o hidrogênio é “mais leve” do que o hélio?




9 9 8 .

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19 Um dirigível com 20.000 m3 de gás poderá levantar qual massa? Faça os cálculos para o hélioe para o hidrogênio.

20 O hélio substituiu o hidrogênio por não ser inflamável. Elabore uma hipótese que expliqueesse fato.

21 Dê a fórmula eletrônica e a estrutural plana do H2, gás que era usado para inflar os dirigíveisantes do hélio.


22 Você já sentiu aquele cheiro desagradável

de ovo podre? Ele é causado pelo gás sulfe-to de hidrogênio. Sabendo que as moléculasdessa substância são formadas pela ligaçãocovalente entre o enxofre (S) e o hidrogênio(H), dê as fórmulas eletrônica, estruturalplana e molecular para esse composto.

23 A hidrazina, de fórmula N2H4, é um com-

bustível utilizado em foguetes. Sabendoque o nitrogênio (N) tem cinco elétronsna camada de valência e o hidrogênio(H) apenas um, monte a fórmula eletrô-nica e a estrutural plana para esse com-posto.

Ligação metálicaOs metais apresentam características muito especiais, que os

tornam indispensáveis em nossa vida. São dúcteis, podendo sertransformados em fios; maleáveis, podendo ser transformados emlâminas, e têm uma excelente condutibilidade elétrica.

Essas propriedades são explicadas pelo modelo de ligaçãometálica. Nesse tipo de ligação, os átomos não obedecem à regra doocteto. Devemos lembrar que os metais possuem 1, 2 ou 3 elétronsna CV, apresentando, portanto, tendência a perder esses elétrons. Deacordo com esse modelo, os elétrons mais externos dos átomos metá-licos se afastam dos núcleos, formando cátions. Os cátions formadosarranjam-se em padrões geométricos definidos, sendo envolvidospelos elétrons livres. Essas partículas com grande liberdade de mo-vimentos formam o que conhecemos como “nuvem” ou “mar” deelétrons e justificam a condutividade elétrica observada nos metais.

+ + + +

++++

+ + + + +

++++

+ + + + +

+

–

–

–

–

– – –

–

–

–

– – –

– –

–

–

–

– – –

– –

– –

–

Modelo da ligação metálica que ocorreno ferro (Fe).

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Atividades

15 O carbono é um elemento químico indispensável para a vida como a conhecemos. Ele podeformar cadeias nas quais milhões de átomos se ligam entre si, originando proteínas, polissa-carídios e uma grande variedade de outras substâncias. Sabendo que o carbono possui qua-tro elétrons na camada de valência e que o hidrogênio possui apenas um, monte as fórmulas

de Lewis, estrutural plana e molecular para o metano, composto formado apenas por umátomo de carbono e hidrogênio.

Texto para as questões 16 e 17.

O elemento químico cloro pode formar diversos compostos com elementos como o hidrogênio,carbono, sódio e cálcio.

(Dado: elétrons na camada de valênciaw cloro = 7; hidrogênio = 1; carbono = 4; sódio = 1; cálcio = 2)

16 Com quais dos elementos citados o cloro forma compostos covalentes?

17 Quais as fórmulas eletrônica, estrutural plana e molecular de um dos compostos formados?


Os dirigíveis são chamados de aeronaves mais leves que o ar porque, para flutuarem, eles usamgases mais leves que o ar. O gás mais comum em uso hoje em dia é o hélio, que tem capacidade de

elevação de 1,02 kg/m3

. O hidrogênio foi muito utilizado nos primeiros dirigíveis porque era ainda maisleve, com uma capacidade de elevação de 1,1 kg/m3, e era mais fácil e mais barato de comprar do que o

hélio. Entretanto, o desastre do Hindenburg acabou com o uso do hidrogênio nos dirigíveis porque ele se

queima muito facilmente, e o hélio não é inflamável. Embora essa capacidade de flutuação possa parecer

pequena, os dirigíveis carregam incríveis volumes de gás — centenas de milhares de metros cúbicos.Com todo esse poder de elevação, os dirigíveis podem transportar cargas pesadas facilmente.

Fonte: http://viagem.hsw.uol.com.br/dirigiveis2.htm (acesso em 17 jun. 2010)

18 É correto dizer que o hidrogênio é “mais leve” do que o hélio?




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Ciencias Unidade 2 Capitulo 2

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