Química Tecnológica e Ambiental - Qual é a importância dos elétrons de valência para entender...

[Música] Olá alunos Seja bem vindo de volta a disciplina de química e nessa aula nós vamos tentar responder Qual é a importância dos elétrons de Valência para entender as ligações químicas Lembrando que nós vimos na última aula na aula número 3 Nós estudamos um pouco mais detalhadamente a tabela periódica e descobrimos que a tabela periódica é composta por sete períodos e esses períodos representam sete níveis da eletrosfera e as suas colunas são organizadas em grandes em grandes blocos como bloco s é a esquerda o bloco p a direita o bloco de aqui na parte intermediária

e o Bloco F no rodapé da Tabela Periódica então combinando as informações de quantos níveis da eletrosfera Contém elétrons como subnível mais energético que contém elétrons é possível determinar a posição de qualquer elemento químico na tabela periódica o Que Nós faremos Nesta aula é começar a explorar a forma pela qual átomos isolados se ligam então para isso nós vamos apresentar a estrutura de Lewis que é uma forma de representar os elétrons de Valência de um dado átomo verificar a ligação iônica como uma possibilidade de ligação entre átomos e nesta possibilidade você verifica a transferência de

elétrons então haverá um átomo que perderá elétrons para um outro átomo receber este elétron e por fim a ligação covalente que é o compartilhamento de elétrons ou de pares eletrônicos melhor dizendo entre átomos de elementos químicos o foco conceitual da aula de hoje está nas ligações químicas a estrutura de Lewis ela nada mais é do que uma forma gráfica de representar os elétrons de Valência dos átomos químicos é importante fazer isso porque os elétrons de Valência estão Associados as propriedades químicas dos átomos então saber quantos elétrons existem na última camada ou na camada mais externa

no nível de Valência da eletrosfera nos dará boas pistas para saber o comportamento químico de um dado elemento químico no caso do grupo dos grupos principais Então eu estou me referindo aquelas aqueles grupos ou aqueles blocos s e p que são chamados de grupos principais a quantidade de elétrons de Valência né elétrons de Valência eles estarão alocados no subníveis s e p da camada mais externa a gente já fez esse exercício na aula número 3 mas novamente a constatação que eu quero fazer aqui para esses átomos cujas distribuições eletrônicas terminam em SP é só você

olhar a camada mais externas né o subníveis da camada mais externa e você terá ali a quantidade de elétrons de Valência se a gente tentar agora começar a fazer esse tipo de raciocínio para elementos que nós já trabalhamos nós vamos começar a perceber que isso não é tão complicado então no caso do sódio veja termina com s a distribuição eletrônica então ele é um dos elementos do bloco s a última camada com elétrons é a camada 3 e nela existe um elétron então eu posso dizer que os átomos do sódio possuem um elétron no nível

de Valência e certamente esta informação é importante para compreender as características químicas do sódio o mesmo raciocínio eu posso fazer por silício que é um outro elemento só que agora do bloco P Então se a gente olhar o nível mais externo da eletrosfera dos átomos de silício que é o nível 3 nós Descobriremos que existem dois elétrons em Três s dois elétrons e 3P 2 + 2 o silício tem quatro elétrons no nível de Valência o último exemplo é o oxigênio então o oxigênio tem essa distribuição eletrônica o nível mais externo é o segundo e

nós temos dois subníveis o 2s com dois elétrons o 2p com quatro elétrons 2 + 4 6 elétrons no nível de Valência então perceba eu estou diante de três elementos químicos os três elementos químicos são dos grupos principais seja do bloco s ou do bloco p e é muito fácil saber a quantidade de elétrons que eles possuem no nível de Valência esta informação é fundamental para compreender as propriedades químicas que eles possuem e aqui para representar de uma maneira gráfica aquela informação que eu acabei de obter Eu apresento as estruturas de Lewis verifiquem que ao

redor do símbolo do elemento químico eu coloco pontinhos que representam a quantidade de elétrons na camada de valência então voltando para o último slide vamos olhar para o sódio ele tem um elétron no nível de Valência a estrutura de Lewis por silício tem que ter quatro elétrons no nível de Valência o oxigênio tem seis vamos verificar agora como é que fica a representação de estrutura de Lewis para o sódio para o silício e para o oxigênio olha aqui o sódio está representado com um pontinho então na estrutura de livros isso quer dizer que o sódio

contém um elétron na camada de valência o silício está aqui o silício contém quatro elétrons na camada de valência perceba que eu coloco eles com maior afastamento possível e aqui o oxigênio com seis elétrons na camada de valência como é que eu vou distribuir seis elétrons usando a estrutura de Lewis eu coloco um dois três quatro faltam 2 E aí eu começo a duplicar sempre 6 Então veja que saber a ler a estrutura de Lewis me é um atalho formidável porque porque eu não preciso fazer todos esses espaços para chegar nessa representação então ao memorizar

de tanto que eu uso que o oxigênio tem seis elétrons na camada de valência imediatamente eu posso fazer isto e representá-lo de acordo com a estrutura de Lewis e mais uma vantagem para a gente que já estudou a tabela periódica todos os elementos do grupo 1 2 3 4 5 6 7 8 famílias a naturalmente ou os grupos 1 2 3 e 14 15 16 17 18 Aqui estamos falando só dos blocos SP veja todos os elementos da família 1 do grupo 1 tem um elétron na camada de valência do grupo 2 tem 2 no

grupo 3 tem 3 e assim sucessivamente até que no grupo 18 ou na antiga família 8A nós temos os gases nobres que a exceção do Hélio todos têm oito elétrons na camada de valência Verifica que isso é uma condição muito única para os elementos químicos Ainda mais se nós lembrarmos que os gases nobres possuem alta estabilidade química então de alguma maneira a ligação química dos demais átomos da Tabela Periódica deve se justificar por uma busca por estabilidade essa estabilidade do ponto de vista da química está representada por aqueles átomos que são muito estáveis ou seja

os gases nobres então a configuração dos gases nobres contendo oito elétrons na camada de valência confere uma estabilidade especial a qualquer átomo Então o que nós vamos verificar em termos de ligações químicas é um processo de perda ganha ou compartilhamento de elétrons de forma que o átomo que não possui essa configuração passe a ter uma configuração similar dos gases nobres então nós podemos ter um primeiro processo que é um determinado átomo perdendo elétrons para ficar semelhante a um gás nobre em termos de estrutura de distribuição eletrônica Veja a perda de elétrons transforma um átomo que

é neutro não iam positivo esse um positivo nós vamos chamar de cátion se por outro lado um átomo ganha um elétron para ficar estável ou seja ter uma distribuição eletrônica similar a um gás nobre nós vamos verificar que o átomo neutro ganha um elétron que é negativo Então esta nova partícula tem carga e carga negativa Então eu estou diante de um íon negativo que eu vou denominar e por fim o compartilhamento de pares de elétrons que é uma outra solução possível vai envolver a formação de moléculas então No primeiro caso e no segundo caso eu

tenho um processo de transferência de elétrons alguém ganha alguém perde e eu forme espécies carregadas que eu vou chamar de íons a espécie positiva eu chamo de cátion se a espécie for negativa chama de ânion nesse terceiro caso ao compartilhamento de elétrons por meio de ligações covalentes o que resultará na formação de moléculas nós temos tendências Gerais que já é possível começar a imaginar que ocorrerão existem átomos que tem tendência a perder elétrons e esses átomos são os metais Vamos só pensar no caso do sódio nós já sabemos que o sódio tem um elétron no

seu nível de Valência outro metal que está na família 2A no grupo dois que é o cálcio tem dois elétrons no nível de Valência usando um outro exemplo alumínio tem três elétrons no seu nível de Valência Verifique o seguinte para obter uma distribuição eletrônica similar a um gás nobre eu preciso ter oito elétrons na minha camada de valência para elementos que possuem um dois ou três é muito mais natural perder estes elétrons da camada de valência porque a camada anterior já tem oito elétrons então vejamos o seguinte esses elementos primeiro primeiro fato importante a ser

notado esses elementos que o denomino de metais são os que tem a tendência a perder elétrons só de cálcio e alumínio onde ele se localizam na nossa tabela periódica nas posições que eu estou destacando então uma informação importante é os elementos que estão em vermelho nesta região e nesta região da Tabela Periódica tem tendência a perder elétrons e quando eles perdem elétrons perceba que aqui eu deixei um pouco escurecido só para lembrar que esse subníveis eram ocupados eu tenho agora a perda de um elétron do sódio que estava em 3S o subnível a camada mais

externa agora passa a ser a camada 2 e na camada 2 eu tenho 8 elétrons Então veja que a perda desse um elétron por parte do sódio o deixa com a configuração eletrônica similar de um gás nobre isso explica a tendência dos átomos de sódio em perder um elétron aquele localizado no subnível 3s1 Qual é a consequência desse fato a partícula resultante é positiva é um íon positivo é um cátion de sódio e ele é estável porque a sua configuração eletrônica tem 8 elétrons na camada de valência repetindo esse mesmo raciocínio para o cálcio e

o cálcio perde dois elétrons de 4S fica com a camada mais externa no nível 3 e o nível 3 tem 8 elétrons também semelhante a um gás nobre como o cálcio perde dois elétrons ele agora se transforma no cátion cálcio 2+ por fim o alumínio perde os três que estavam no subníveis da camada 3 e agora ele fica com a camada mais externa sendo a camada 2 então a camada 2 tem oito elétrons ele passa a ter uma configuração similar a de um gás nobre E Agora Nós temos o cátion alumínio 3 mais esses são

os metais são os átomos que querem perder elétrons então Possivelmente eles participarão de ligações iônicas desde que existam os ametais e os ametais são os átomos que vão ter a tendência oposta eles vão ter a tendência de ganhar elétrons então vejamos o caso do nitrogênio do oxigênio e do cloro o nitrogênio tem cinco elétrons na camada mais externa o oxigênio tem seis e o cloro tem sete veja se a estabilidade aquela assimilaridade com gás nobre vem com oito elétrons na camada de valência nesse tipo de situação é mais plausível assumir que o oxigênio vai ter

vai ficar mais estável recebendo três elétrons o oxigênio 2 elétrons e o cloro 1 elétron e nesse caso esses átomos vão receber partículas negativas e vão se tornar íons negativos que eu vou chamar de ânions agora onde estariam nitrogênio oxigênio e Cloro na tabela periódica veja que agora nós temos os ametais nesta região aqui nessa ponta à direita da Tabela Periódica evidentemente excluindo-se os gases nobres que não tem nenhuma afinidade por elétrons Então os ametais estão nesta região em azul os metais nós já sabíamos são os as caixinhas representadas em vermelho então usar metais com

tendência a ganhar elétrons se isso acontece por nitrogênio para o oxigênio e para o cloro Olha o que acontece três elétrons para oxigênio para o nitrogênio melhor dizendo nós teremos faço uma camada 22 S2 2p6 ele preenche a camada 2 com 8 elétrons fica estável e nós temos o ânion N3 menos a mesma coisa vai acontecer no caso do oxigênio se ele ganhar dois elétrons nós teremos dois S2 2p6 8 elétrons no nível de Valência então nós formamos o ânion O2 menos e por fim o CL o cloro se ganhar um elétron ele assume a

configuração 3s2 3 p6 e ele fica estável formando o ânion CL menos que é o cloreto veja ligações químicas começam a ser previsíveis uma vez que se eu tiver um metal com a metal eu tenho uma espécie que quer doar elétrons e a outra que é receber elétrons então eu vou ter a transferência eletrônica com a consequente formação de íons no outro caso eu posso ter o ametal com uma metal ou seja duas espécies que querem receber elétrons e a sair daqui vai ser o compartilhamento de elétrons de pares eletrônicos formando a ligação covalente com

a consequência produção de moléculas gostaria agora de convidar você para ir ao quadro para que a gente trabalha um pouco melhor com as estruturas de Lewis formando ligações iônicas e covalentes então aluno vamos agora utilizar as estruturas de Lewis para representar os átomos se combinando por meio de ligação iônica onde nós teremos a transferência de elétrons e por meio da ligação covalente onde o que existirá é o compartilhamento de pares eletrônicos formando moléculas eu separei aqui alguns exemplos para nós ilustrarmos melhor como que as estruturas de Lewis nos ajudam nesse processo então eu vou começar

com substâncias que tem ligações iônicas e a primeira delas é o cloreto de sódio o sódio tem um elétron na sua camada de valência no seu nível mais externo e o cloro tem sete a busca pela configuração similar aos gases nobres nos indica que o sódio terá tendência de perder este elétron e o cloro terá a tendência em receber este elétron Então isto é representado da seguinte forma esse átomo de sódio perde o elétron mais externo que ele tem e o cloro recebe este elétron agora se o sódio é um átomo neutro e ele perde

este elétron ele se torna uma partícula positiva ele se torna um cátion por sua vez o cloro que era um átomo neutro recebe uma partícula negativa do sódio o elétron do sódio agora está incorporado a eletrosfera do cloro portanto eu poderia representar o cloro da mesma maneira que eu fiz anteriormente só que agora eu vou acrescentar este elétron que veio do sódio então o cloro agora passa a ter oito elétrons na sua camada mais externa e ele recebe uma carga negativa representando que o átomo recebeu um elétron a mais de um doador que foi o

sódio mas podemos repetir este mesmo raciocínio agora para o fluoreto de cálcio então o flúor tem sete elétrons na sua camada de valência o cálcio tem dois então a tendência natural é que o flúor que é uma metal receba mais um elétron para ficar com oito na última camada e o cálcio que é um metal perca esses dois elétrons para outros átomos Que desejam ter elétrons adicionais então o cálcio agora Vai doar um dos seus elétrons o átomo de furo que eu representei aqui a direita e o outro elétron ele vai perder para o átomo

de flúor que está representado à esquerda Então veja o que eu tenho agora é o cálcio que anteriormente era neutro porque ele era um átomo ele fica com uma carga 2 positivo indicando que ele perdeu dois elétrons ao estabelecer essa ligação iônica e o que eu tenho adicionalmente são duas vezes uma estrutura que agora é o flúor só que o flúor recebendo um elétron então flor fica com sinal negativo é o fluoreto e veja que com este número 2 eu represento essas duas estruturas ao mesmo tempo por fim a gente pode exemplificar ainda a formação

do óxido de alumínio então o alumínio é um átomo que tem três elétrons na sua camada de valência oxigênio tem seis então seguindo sempre a mesma lógica das ligações com metais e a metais nós temos o alumínio querendo doar elétrons e o oxigênio querendo receber dois elétrons então Aqui nós temos que fazer o processo passo a passo até que eu satisfaça os desejos vamos assim dizer de todos os átomos então este alumínio Vai doar um elétron para esse oxigênio e um segundo elétron para esse oxigênio o oxigênio se estabilizou mas o alumínio ainda não porque

a um elétron que ele quer doar então ele doa para um segundo átomo de oxigênio só que agora o alumínio se estabilizou e esse segundo átomo de oxigênio não então esse átomo de oxigênio recebe um outro elétron de um segundo átomo de alumínio o oxigênio agora está estável mas esse segundo átomo de alumínio não então por fim esse átomo de alumínio doa dois elétrons por um terceiro átomo de oxigênio e agora todos os átomos estão instáveis com configuração eletrônica similar de gases nobres o que eu tenho como resultado é duas vezes uma estrutura que veio

do átomo de alumínio Mas cada átomo de alumínio perdeu três elétrons então a carga fica três positivo e eu tenho três átomos de oxigênio cada átomo de oxigênio recebeu dois elétrons Então eu fico com ânion O2 menos Então isso é uma maneira de mostrar como a estrutura de Lewis nos ajuda a entender o interpretar melhor processos de transferência de elétrons o que nós temos agora é o outro tipo de ligação que vai envolver o compartilhamento de elétrons então neste caso vocês podem perceber que nós só teremos a participação de a metais ou seja átomos que

precisam ganhar elétrons para atingir a estabilidade como seria a ligação do gás cloro cl2 mas podemos imaginar que você tem o átomo de cloro com sete elétrons na camada de valência e um outro com sete elétrons na camada de valência veja que ninguém nenhum dos participantes quer perder sete elétrons ambos querem ganhar um elétron para atingir a estabilidade Então o que vai acontecer nesse caso e eu represento isso desta maneira é um compartilhamento de pares eletrônicos Então a partir desta ligação covalente o par eletrônico conta para os dois átomos então eu poderia fazer a conta

da seguinte maneira Quantos elétrons agora existe na camada de valência desse átomo de cloro 1 2 3 4 5 6 7 8 e eu conto da mesma forma este elétron para esse átomo de cloro Então veja que a partir de um para eletrônico ambos os átomos de cloro passam a ter estabilidade isso eu represento graficamente de forma mais simples através de um bastão essa tracinho simples ligando dois átomos de cloro representa a formação de uma ligação covalente entre átomos de cloro repetindo o raciocínio agora para molécula do gás oxigênio O2 o oxigênio tem seis elétrons

na camada de valência então que vai acontecer agora é a formação não de compartilhamento de um par eletrônico mas de dois então novamente os dois átomos agora tem oito elétrons na camada de valência e eu passo agora a representar o gás oxigênio com os dois átomos de oxigênio e dois bastões 2 tracinhos representando uma dupla ligação covalente o átomo de nitrogênio formando gás nitrogênio tem cinco elétrons na sua camada de valência então a tendência desse átomo é receber três elétrons Agora se ele vai se ligar a um outro átomo como ele ele vai estabelecer então

uma tripla ligação covalente e esse é o número máximo de ligações covalentes Que nós conhecemos Então veja que agora cada um dos átomos de nitrogênio tem 1 2 3 4 5 6 7 8 e eu posso repetir essa conta para o outro átomo de nitrogênio então o gás nitrogênio é formado por dois átomos de nitrogênio que se ligam por meio de uma ligação covalente tripla e agora nós vamos então ver a molécula da água que tem um átomo de oxigênio com 6 elétrons na camada de valência que é receber dois e o hidrogênio que é

um caso excepcional porque ele tem um elétron de Valência no seu primeiro nível mas se ele assumir a configuração do Hélio que tem dois elétrons no primeiro nível ele também se torna instável então o hidrogênio perceba na tabela periódica que ele não está pintado na cor vermelho Na cor vermelha ainda que ele esteja no bloco S Ele tá em azul porque a tendência do hidrogênio é de ganhar mais um elétron ficar estável como Hélio então a molécula água a descrição dela é o oxigênio quer ganhar dois elétrons fará duas ligações covalentes o hidrogênio quer ganhar

um elétron fará uma única ligação covalente então a estrutura das ligações da água simplificadamente eu posso representar desta forma e a amônia que é uma outra molécula importante e também tem um raciocínio parecido cada hidrogênio vai fazer uma ligação covalente para ganhar um elétron ficar com dois o nitrogênio tem 5 elétrons na sua camada de valência precisa fazer três ligações como nós já vimos no exemplo acima então o que nós temos aqui é uma molécula que terá o nitrogênio fazendo três ligações covalentes simples com três diferentes átomos de nitrogênio Então o que nós teremos agora

para representar a molécula da Amônia é uma estrutura desta forma assim nós percebemos a importância de entender a estrutura de Lewis para representar os elétrons da camada de valência e assim representar tanto ligações iônicas quanto ligações covalentes na próxima aula nós vamos estudar um pouco mais atentamente a geometria molecular Ou seja a forma espacial de moléculas que são aquelas estruturas que contém ligações covalentes até lá [Música] [Música] [Música]