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Universidade do Estado do Pará – UEPA Centro de Ciências Sociais e Educação – CCSE Departamento de Ciências Naturais Curso de Licenciatura Plena em Ciências Naturais – Química Disciplina: A Estrutura atômica, os modelos de ligação. Docente: Ana Júlia Silveira Andréia de Jesus dos Santos Edilene Alves da Silva Hilda Gomes da Fonseca Joseane Oliveira da Silva Tamiris Paixão Costa
LIGAÇÕES QUÍMICAS PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
LIGAÇÕES QUÍMICAS Conceito Geral: Combinação entre átomos, e íons onde cada espécie química procura uma maior estabilidade.
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DEFINIÇÕES: ESTADO NATURAL DOS ÁTOMOS: encontramos na natureza combinados de modo a adquirir maior estabilidade.
ESTABILIDADE QUÍMICA: precisam completar seus orbitais incompletos perdendo ou ganhando elétrons.
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CAMADA DE VALÊNCIA: em geral as ligações químicas envolvem apenas a última camada do átomo.
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Energia
Configuração geral geral:: ns2 np6
np6 ns2 Distribuição dos elétrons nos orbitais s e p PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
TIPOS DE LIGAÇÃO: Ò
Iônica ou Eletrovalente;
Ò
Covalente ou Molecular; - Simples
- Dativa Ò
Metálica
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Interação Intermolecular entre moléculas
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LIGAÇÕES IÔNICAS: Definição: Elétrons são transferidos de uma átomo para outro dando origem a íons de cargas contrárias que se atraem . Potencial de ionização: é a energia necessária para o átomo doar elétron. Afinidade eletrônica: é a energia necessária para o átomo receber o elétron.
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FORMAÇÃO DO CLORETO DE SÓDIO
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üOcorre normalmente entre: Metal e ametal ou Metal e hidrogênio.
ü Exemplo: Formação fluoreto de cálcio
Wikipédia . Enciclopédia livre
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Ca F2
FLUORETO DE SÓDIO
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Na F
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Distribuição eletrônica 1s2
2s2
2p6 3s1
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Energia
Distribuição eletrônica para o cloro, C l
3p5
Distribuição eletrônica para o sódio, Na 1
3s
3s2 2p6
2p6 2s2 1s2
Esta seta, indica a transferência de um elétron do orbital 3s do sódio, para o or bital 3p do cloro.
Distribuição dos elétrons nos orbitais
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2s2 1s2
2p6
2p6 1s2
2s2
Transferência de 1e-
3p5
3s1
1s2
1s2
Na
1s2 2s2 Na 11
2s2
Cl
2p6 3s1
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17Cl
6 1s2 2s2 2p 3s2 3p5
3s2
A LIGAÇÃO IÔNICA ESTA FORMADA Atração eletrostática
2p 1s2
2p6
6
3p5
2s2 1s2
1s2
Na
3s2
Cl
+ 11Na
2s2
6 1s2 2s2 2p
11 protons / 10 elétrons
_ 17Cl
6 1s2 2s2 2p 3s2 3p6
17 protons / 18 elétrons
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Ò
AGLOMERADO IÔNICO OU RETÍCULO CRISTALINO:
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educacao.uol.com.br/quimica/ult1707u14.jhtm
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Exemplo: Exemplo: Ligação entre o cálcio (metal) e o cloro (ametal) 20Ca 17Cl
- 2 - 8 - 8 - 2 ( tende a ceder 2 elétrons)
- 2 - 8 - 7 (tende a receber um elétron) oo o
Ca
x x
o
o Cl oo
+
oo o
[ Ca ]
2+
+
o
Cl o oo CaCl 2
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oo
o o [ 2 Cl o] oo
x
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• Características
dos Compostos Iônicos: Iônicos:
Ø São sólidos nas condições ambiente; Ø Possuem elevados pontos de fusão e ebulição; Ø Conduzem a corrente elétrica quando fundidos ou em solução aquosa (dissociados), devido à presença de íons livres. livres. O melhor solvente é a ...
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PARTICIPANTES DOS COMPOSTOS IÔNICOS:
• Metais com: - Hidrogênio - Semimetal - Ametal - Radical Salino (SO4) -2
• Radical Catiônico (NH4) + . Este é o cátion amônio e pode se unir com ametais. NH4 Cl
Cloreto de amônio
NH4 Br
Brometo de amônio
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FÓRMULAS DOS COMPOSTOS IÔNICOS Exemplo:: Alumínio (Al) e Oxigênio (O). Exemplo Al (3A) : 2 – 8 - 3 /
O (6A) : 2 – 8 - 6
3+
[ Al ]
2
2-
[O]3
Fórmula Molecular: Molecular :
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Al2O3
LIGAÇÕES DO GRUPO A GRUPO
CARGA
GRUPO
CARGA
1A
+1
5A
-3
2A
+2
6A
-2
3A
+3
7A
-1
Exemplos: a) K+ Cl- → K Cl b) Ca2+ l-1 → CaI2 c) Al+3S-2 → Al-2S+3 d) Fe+3O-2 → Fe-2 O+3 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Ligações Iônicas
H 2.1 Li 1.0 Na 0.9 K 0.8 Rb 0.8 Cs 0.7 Fr 0.7
NaCl MgO CaF2 CsCl
Be 1.5
O F 3.5 4.0 Cl 3.0
Mg 1.2 Ca 1.0 Sr 1.0
Ti 1.5
Cr 1.6
Fe 1.8
Ba 0.9
Ni 1.8
Zn 1.8
As 2.0
Br 2.8 I 2.5 At 2.2
Ra 0.9
Cede elétrons
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Seqüestra elétrons
He Ne Ar Kr Xe Rn -
LIGAÇÃO COVALENTE OU MOLECULAR Definição: Ocorre através do compartilhamento de um par de elétrons entre átomos que possuem pouca ou nenhuma diferença de eletronegatividade. vTipos de ligações covalentes: -Covalente normal -Covalente dativa
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LIGAÇÃO COVALENTE NORMAL v
Definição: o par eletrônico compartilhado é formado por um elétron de cada átomo ligante.
Exemplos: 1- Ligação química entre 2 átomos de cloro 17Cl
: 2-8-7 receber 1e-)
(tende
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a
Fórmula eletrônica ou de Lewis
o o
oo
Cl oo
ox
xx
x Cl x xx
Fórmula estrutural plana
Cl
Cl
Fórmula molecular
Cl2
2-Ligação química entre os átomos de carbono e oxigênio : 2 - 4 ( tende a receber 4e-)
Fórmula Fórmula Fórmula eletrônica ou estrutural plana molecular de Lewis
6C
8O
: 2 - 6 (tende a receber 2e-)
3-Ligação química entre dois átomos de Nitrogênio 5N
: 2 - 5 ( tende a receber 3e-) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
xx x o o x xx O x o C o x xOx xx
Fórmula eletrônica ou de Lewis
O
C
Fórmula estrutural plana
O
CO2
Fórmula molecular
N2
Ligação covalente Dativa ou coordenada v
Definição: Ocorre, quando a união dos átomos é estabelecida por pares de elétrons que são cedidos apenas por um dos átomos.
EXEMPLO: SO2 (DIÓXIDO DE ENXOFRE) Fórmula Eletrônica
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Fórmula Estrutural
ESTRUTURA DE LEWIS v
Definição: Na estrutura de Lewis os
elétrons de valência dos átomos envolvidos na ligação covalente, são representados por pontos.
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http://www.rc.unesp.br/ib/bioquimica/aula5ligacoes.p df
CARGA FORMAL v
Definição: É a carga atribuída a um átomo especifico, envolvido na formação das ligações químicas que compõe a molécula.
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(HSO4)
Carga formal: 6 - 4/2 - 4 = 0
Carga formal: 6 - 12/2 - 0 = 0
Carga formal: 6 - 2/2 - 6 = -1
Carga formal: 6 - 4/2 - 4 = 0
Carga formal: 6 - 4/2 - 4 = 0 Carga formal: 1 - 2/2 - 0 = 0 Carga Formal do íon = H + 4xO + S = 0 + 3 x 0 + (-1) + 0 = -1
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RESSONÂNCIA v
Definição: ocorre em moléculas que possuem C sp2. O movimento de ressonância é atribuído ao deslocamento de elétrons em orbitais p.
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Propenal (C3H3O)
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HIBRIDIZAÇÃO DO CARBONO (OU HIBRIDAÇÃO)
Quem propôs a hibridação foi Linus Paulin em 1930. marcelovalero.wordpress.com/.../linus -pauling/ PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
TEORIA DA LIGAÇÃO COVALENTE De acordo com a teoria da ligação covalente, as ligações químicas só são efetuadas por orbitais atômicos semipreenchidos . Vamos analisar o Carbono, em seu estado fundamental: 2 2 2 6C : 1s 2s 2p Ò
NA CAMADA DE VALÊNCIA HÁ DOIS ORBITAIS SEMIPREENCHIDOS: ASSIM ,O CARBONO SERIA BIVALENTE
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Friedrich August Kekulé von Stradonitz foi um químico alemão. Em 1857, ele determinou as características fundamentais do átomo de carbono nos compostos:
Postulados de Kekulé 1. Tetracovalência constante: nos compostos orgânicos, o carbono é sempre tetracovalente, exercendo quatro ligações;
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2. As quatro valências do carbono são iguais: existe um só clorometano (H3CCl), pois, qualquer que seja a valência que o carbono troque com o cloro, ou qualquer que seja a posição do cloro, obtém-se um só composto. 3. Encadeamento constante: Os átomos de carbono podem unirse entre si formando cadeias carbônicas. 4. Ligações entre átomos de carbono: Os átomos de carbono podem se ligar por uma, duas ou até três valências.
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TEORIA DA HIBRIDIZAÇÃO
Ò
A teoria da hibridização, tenta explicar as ligações químicas, à nível de orbitais ,que não podem ser justificadas pela distribuição eletrônica fundamental.
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CONDIÇÃO PARA HIBRIDIZAÇÃO: átomo deve apresentar, na camada de valência , orbital completo, em um subnível e orbital vazio em outro subnível de energia próxima. Haverá uma promoção eletrônica de um elétron do orbital completo para o orbital vazio aumentando, assim,o número de orbitais semipreenchidos disponíveis para efetuar as ligações químicas. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Isso pode ser feito através da Teoria da Hibridização ou Hibridação, Hibridação que consiste na passagem de um elétron de orbital 2s para orbital 2pz que está vazio.
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O carbono no estado fundamental Para entender melhor a hibridização do carbono, relembramos a configuração desse elemento e as formas dos orbitais “s” e “p”. “p” : 1s2 2s2 2p2.
Esta é a configuração eletrônica do carbono
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Estado Ativado ou Excitado
C ATIVADO
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Hibridizações do carbono Há três maneiras diferentes de ocorrer hibridização do carbono.
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Hibridização sp3 Na hibridização sp3 um elétron “s” é promovido para o orbital “p” vazio, originando o carbono no estado ativado (intermediário). Em seguida, há “fusão” entre o orbital “s” e os três obtitais “p”. Daí, hibridização sp3.
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Hibridização sp3 Carbono hibridizado (gráfico energético)
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Hibridização sp3
Carbono hibridizado (formas dos orbitais híbridos) Nas ligações com outros átomos, forma quatro ligações “sigma”. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Hibridização sp3
Carbono hibridizado (na molécula de metano) Carbono hibridizado (na molécula de etano)
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Hibridização sp2 Na hibridização sp2 um elétron “s” é também promovido para o orbital “p” vazio, originando o carbono no estado ativado (intermediário). Entretanto, a “fusão” de orbitais ocorre entre o orbital “s” e dois “p”. Daí, hibridização sp2.
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Hibridização sp2 Carbono hibridizado (gráfico energético)
Note que um dos orbitais “p” permaneceu puro.
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Hibridização sp2
Hibridização sp2 Carbono hibridizado (formas dos orbitais híbridos) Nas ligações com outros átomos, forma três ligações “sigma” e uma “pi”. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Hibridação sp2 Carbono hibridizado ( na molécula de eteno)
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Hibridização sp De forma semelhante, na hibridização sp um elétron “s” é também promovido para o orbital “p” vazio, originando o carbono no estado ativado (intermediário).
Agora, a “fusão” de orbitais ocorre entre o orbital “s” e um “p”, permanecendo dois orbitais “p” puros. Daí, hibridização sp.
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Hibridização sp Carbono hibridizado (gráfico energético)
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Hibridização sp Nas ligações com outros átomos, forma duas ligações “sigma” e duas “pi”.
Carbono hibridizado (a molécula de etino) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
CARACTERÍSTICAS DAS LIGAÇÃO § Ligação sigma: responsável pelo fenômeno da torção. § Ligação forte. H
H
H
H H
H H
H
H PROJEÇÃO CELA OPOSIÇÃO PROJEÇÃO CELA ESTRELADA
H
H
H
PROJEÇÃO CELA COINCIDÊNCIA PROJEÇÃO CELA ECLIPSADA
§ Ligação pi: responsável pelo fenômeno da ressonância. § Ligação fraca. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
H
H C
CH
CH
C
H
H H
H C
CH
CH
C
H
H
H
H C
CH
H PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
CH
C H
Exceção da regra do octeto Salientamos que o fenômeno da hibridização não é exclusividade do elemento carbono Compostos que fogem a regra de octeto como enxofre , fósforo e o boro por exemplo, na formação do composto SF6 , PCl5 e o BF3 também apresenta o fenômeno da hibridação.
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HIBRIDAÇÃO DO ENXOFRE NO SF6 HIBRIDAÇÃO sp3d2 ESTADO NORMAL
ESTADO ATIVADO
ESTADO HÍBRIDO
3d
3d2
sp3d2
3p3
3p4 3s2
3d
3p
3s1
3s
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Hibridização sp3d2 SF6
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HIBRIDAÇÃO DO FÓSFORO NO PCℓ5 -HIBRIDAÇÃO sp3d. ESTADO NORMAL
ESTADO ATIVADO 3d
3d1
3d
sp3d
3p3
3p3 3s2
ESTADO HÍBRIDO
3p
3s1 3s
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Hibridização sp3d
PCl5
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HIBRIDAÇÃO DO BORO NO BF3 HIBRIDAÇÃO sp2 ESTADO NORMAL
ESTADO ATIVADO
ESTADO HÍBRIDO
sp2 2p2
2p1 2s2 1s2
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2s1 1s2
1s2
F
3 LIGAÇÕES SIGMA sp2
B F
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F
Polaridade das Ligações Acúmulo de cargas elétricas em regiões distintas da molécula. • Vetor Momento Dipolar ( µ ) : A polaridade de uma ligação é determinada através de uma grandeza chamada momento dipolar ou momento dipolo ( µ ) , que é representado por um vetor orientado no sentido do elemento menos eletronegativo para o mais eletronegativo (do pólo positivo para o pólo negativo). Exemplos:
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Apolar: Formadas por átomos com mesma eletronegatividades , a nuvem não se deforma. Exemplo: H2
H
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H
Polar: Ocorre em ligações formadas por átomos de diferentes eletronegatividades. Em torno do átomo mais eletronegativo se formará uma carga parcial negativa (δ-) e no átomo menos eletronegativo se formará uma carga parcial positiva (δ+). Exemplo: HCl
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δ+
H
Cl
δ-
•
Geometria Molecular: Tipo de Molécula
X2 e XY XY2 XY3
Geometria linear (toda molécula biatômica é linear) se X é da família linear 6A: angular se X é da família trigonal 5A: plana piramidal
XY4 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
tetraédrica
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•Polaridade de Moléculas: MOLÉCULA APOLAR ⇒ µR = 0
Em uma molécula apolar o vetor momento dipolar resultante (µR ) é igual a zero. Ex: CO2
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MOLÉCULA POLAR ⇒ µR ≠ 0 Em uma molécula polar, o vetor momento dipolar resultante (µR) é diferente de zero. Ex: HCN ( Gás cianídrico)
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FORÇAS INTERMOLECULARES As forças intermoleculares são forças de atração que ocorrem entre as moléculas (intermoleculares), mantendo-as unidas, e são bem mais fracas, quando comparadas às forças intramoleculares (ligação iônica e covalente), encontradas entre íons e átomos, que formam a substância. Essas forças atuam principalmente no estado sólido e líquido das substâncias .
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Interações Dipolo Instantâneo - Dipolo Induzido (Forças de Van Der Waals ou Forças de London):
Ocorre entre moléculas apolares e é basicamente de natureza elétrica. Ex: No H2, os elétrons estão eqüidistantes dos núcleos, mas num determinado instante, a nuvem eletrônica pode se aproximar mais em relação a um dos núcleos, estabelecendo um dipolo instantâneo, o qual, por sua vez, induz as demais moléculas a formar dipolos, originando uma força de atração elétrica, de pequena intensidade, entre elas. Resumindo temos: Ò
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Forças de Dipolo Permanente ou Dipolo-Dipolo São forças de atração de natureza elétrica que ocorrem entre as moléculas polares. Ò As moléculas, por apresentarem um dipolo permanente, ou seja, um pólo de carga positiva e outro de carga negativa, atraem-se mutuamente , de modo que o pólo positivo de uma molécula atrai o pólo negativo de outra molécula e assim sucessivamente. Resumindo temos: Ò
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Ligações de Hidrogênio São forças de atração de natureza elétrica que também ocorrem entre as moléculas polares (tipo dipolo permanente), sendo, porém, de maior intensidade. Ò Ocorrem quando um átomo de H ligado a um átomo muito eletronegativo (F, O e N) de uma molécula é atraído por um par de elétrons não compartilhados no átomo de F, O ou N de outra molécula. Ò
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Intensidades das Forças Intermoleculares:
Ponte de Hidrogênio
>
Dipolo - Dipolo Permanente
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>
Dipolo Instantâneo - Dipolo Induzido
•Relação entre as Forças Intermoleculares e os Pontos de Fusão e Ebulição: Dois fatores influenciam os PF e PE das substâncias: •O tamanho das moléculas: Quanto maior a superfície, maior o número de interações entre as moléculas vizinhas, o que implica em maiores PF e PE. ‚ A intensidade das forças intermoleculares: Quanto mais intensas as atrações intermoleculares, maiores serão os PF e PE. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
• Ligação Metálica: Metálica: Ocorre entre átomos metálicos (metal + metal). Como os metais possuem uma baixa eletronegatividade, os mesmos perdem seus elétrons muito facilmente. Esses elétrons livres formam uma nuvem eletrônica que mantém os íons metálicos sempre unidos formando a chamada ligação metálica.
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Esquema da Ligação Metálica
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É preciso haver uma ligação entre metais para produzir jóias de ouro.
Estrutura de um metal: retículo cristalinos presentes nos metais sólidos. Ò Formação das moléculas de metais. Ò Ótimos condutores de corrente elétrica. Ò Aspecto físico dos metais. Ò
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OS METAIS NO ESTADO PURO Ò
Ouro(Au) Liga de ouro, prata e cobre
Ò
Cobre (Cu)
Ò
Mercúrio (Hg)
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No nosso cotidiano usamos muito mais o que chamamos de ligação metálicas, mas o que exatamente é uma liga de metais? Ò São materiais com propriedades metálicas que contem em sua composição um outro elemento sem ser metal. Ò
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AMÁLGAMA DENTAL
Liga de mercúrio,prata e estanho
BRONZE
AÇO INOXIDAVEL
Liga de carbono, ferro, cromo e níquel
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Liga de cobre e estanho
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS: http://www.coladaweb.com/quimica/quimica-geral/ligacaoionica http://www.coladaweb.com/quimica/quimica-geral/ligacaocovalente http://www.coladaweb.com/quimica/quimica-geral/ligacaoquimica http://www.coladaweb.com/quimica/quimica-geral/ligacoesquimicas http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.brasiles cola.com http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.brasiles cola.com
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