1. Gases Nobres: modelo de estabilidade
Sabemos que são raros os elementos químicos encontrados no estado atômico isolado na Natureza, como regra eles aparecem unidos entre si de várias maneiras.
Mas, como já estudamos anteriormente, todos os gases nobres, nas condições ambientes, por serem muito estáveis (pouco reativos) apresentam suas camadas completas, portanto, existem no estado isolado na Natureza e são modelos de estabilidade atômica para os demais elementos conhecidos que tendem a combinarem-se e com outros átomos por meio das ligações químicas, em busca dessa estabilidade.
Veja na tabela abaixo, a configuração eletrônica que confere a cada um deles a estabilidade.
Podemos concluir que a ligação química é o sinônimo de estabilidade para os demais elementos químicos que a encontrarão através de suas camadas de valência. A camada de valência é a camada eletrônica mais externa e pode receber ou fornecer elétrons na união entre átomos. Portanto a valência de um átomo corresponde ao número de ligações que precisa fazer para adquirir a configuração de um gás nobre.
Exercício Resolvido:
Como podemos dividir os elétrons de um átomo? Faça a distribuição eletrônica do alumínio, gálio e silício baseada na configuração de um gás nobre e indique essa divisão.
Resolução
Os elétrons da eletrosfera de um átomo podem ser divididos em:
- elétrons do caroço: são os elétrons mais internos dos átomos (core: mais internos);
- e elétrons de valência: são os elétrons da camada mais externa (eles indicam as propriedades químicas de um átomo, pois estas resultam na perda, ganho ou rearranjo desses elétrons).
Veja as distribuições:
Elementos | Elétrons do caroço | Elétrons de valência |
13Al | [Ne] | 3s2 3p1 |
31Ga | [Ar] | 4s2 4p1 |
14Si | [Ne] | 3s2 3p2 |
Elétrons nas subcamadas d totalmente preenchidas são elétrons internos (do caroço).
2 - A Regra do Octeto
Em 1916 o cientista alemão Walther Kossel (1888-1956) observou que um átomo torna-se mais estável quando possui oito elétrons na última camada (camada de valência), ou dois elétrons quando possui apenas a camada K, fato que publicou em sua “Teoria Eletrônica da Valência”, que o americano Gilbert Newton Lewis (1875-1946) aperfeiçoou em sua teoria conhecida como “Regra do Octeto”:
“Os átomos dos diferentes elementos estabelecem ligações, doando, recebendo ou compartilhando elétrons, para adquirir uma configuração eletrônica igual à de um gás nobre no estado fundamental: oito elétrons no nível de energia mais externam ou, então, dois elétrons se o nível mais externo for o primeiro”.
Verificou-se que o átomo de hidrogênio era uma exceção, uma vez que nas moléculas em que participam, os respectivos núcleos ficam sempre rodeados de um par de elétrons ligante. Isto se explica pelo fato do gás inerte após o hidrogênio na Tabela Periódica é o hélio, cujos átomos têm são estáveis com apenas dois elétrons de valência.
Muito embora não se aplique a grande maioria dos átomos, portanto, não seja encarada como uma explicação para o fenômeno das ligações químicas a Regra do Octeto é útil para a formulação teórica dos compostos
comuns formados pelos elementos representativos.
Nesses compostos, um átomo adquire estabilidade quando, após ter se ligado a outro(s) átomo(s), adquirir configuração eletrônica de gás nobre.
Assim, a ligação química une os átomos por meio de suas camadas mais externas (camada de valência), e o número de ligações que um átomo faz é chamado valência.
Exercício resolvido:
Observe as estruturas a seguir e assinale aquela em que seus átomos seguem perfeitamente o “Modelo do Octeto”. ( Be: z=4, C: z=6, N: z=7, O: z=8, F: z=9, P: z=15, Cl: z=17, Xe: z=54).
a) Cl – Be – Cl b) N = O c) F – Xe – F d) O = C = O
Resposta: d
3. Classificação dos Elementos
Quanto à configuração eletrônica, já foi estudado, podemos classificar os elementos químicos como: hidrogênio, metais, ametais (não-metais), semi-metais e gases nobres. Veja o esquema abaixo:
Exercício Resolvido:
Faça a correspondência:
a) 9X 1s2 2s2 2p5
b) 13Y 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1
c)18Z 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
d) 1W 1s1
( ) gás nobre
( ) ametal
( ) hidrogênio
( ) metal
Resolução:
a) 9X 1s2 2s2 2p5 à 7 elétrons na última camada = ametal
b) 13Y 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 à 3 elétrons na última camada = metal
c) 18Z 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 à 8 elétrons na última camada = gás nobre
d) 1W 1s1 à hidrogênio
Resposta:
(c) gás nobre
(a) ametal
(d) hidrogênio
(b) metal
Nas ligações químicas o papel fundamental é desempenhado pelos elétrons de valência, assim, segundo o número de elétrons na última camada os átomos estabelecerão:
4.1 - Ligação Iônica, Eletrovalente ou Heteropolar.
A ligação iônica é à força de atração eletrostática que mantém os íons unidos.
Para entendermos esse mecanismo de ligação vamos responder a quatro perguntas:
I. Quando os átomos estabelecem uma ligação iônica?
Em dois casos, quando se ligam:
- metal com ametal e,
- metal com hidrogênio.
II. Como se forma uma ligação iônica?
Forma-se pela troca de elétrons, isto é, um metal doa definitivamente elétrons (transformando-se em cátion) a outro átomo de um não-metal que os recebe definitivamente (transformando-se em ânion), assim tanto o átomo do elemento metálico como o não-metálico atinge configurações eletrônicas de gás nobre e, portanto, garantem suas estabilidades.
III. Qual a regra geral de formulação dos compostos iônicos?
Cx+Ay- = CyAx
(C = cátion; A = ânion)
Exemplo:
Consulte a tabela de cátions e de ânions e monte o composto iônico formado pelo cátion cálcio e pelo ânion cloreto.
Ca2+Br1- = Ca1Br2 = CaBr2
Lembre-se:
No composto iônico a soma total das cargas elétricas deve ser neutra.
Confira sempre o total das cargas elétricas e verifique se os índices dos elementos estão certos:
Exemplo:
· Fórmula ou composição química errada, Al2O, pois:
Al23+ = 2 · (3+) = 6+ não neutraliza as cargas do O2- = 2 -
· Fórmula ou composição química correta, Al2O3, pois:
Al23+ = 2 · (3+) = 6+ e neutraliza as cargas do O32- = 3 · (2-) = 6 -Exercício resolvido – 1
Consideremos átomos neutros de sódio, Na (z = 11), e cloro, Cl (z = 17), monte sua fórmula eletrônica (fórmula de Lewis) e a fórmula de seu composto.
A formação dos cristais iônicos pode ser representada por dois tipos de fórmulas:
1º.Fórmula Eletrônica ou Diagrama de Lewis
Veja a ilustração dessa ligação iônica:
Se ampliássemos um daqueles cristaizinhos do "sal" (principal componente do sal de cozinha) presentes num saleiro, veríamos um "amontoado" de íons Na+ e Cl–, que é chamadoreticulado cristalino.
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