Poder Polarizante

A gente vai precisar da tabela com os valores de eletronegatividade dos elementos e calcular a diferença de eletronegatividade entre os átomos envolvidos na ligação.

Se a diferença (em módulo) de eletronegatividade entre os átomos da ligação for igual a zero, a ligação é covalente apolar, se estiver entre 0 e 1,7 ela é covalente polar e se for maior que 1,7, ela será iônica.

Vamos usar pra falar de eletronegatividade, valeu?

a) Ligação iônica

b) Ligação covalente apolar

c) Ligação covalente polar

d) Ligação iônica

e) A molécula tem 4 ligações do tipo C-H

Ligação covalente polar

f) Ligação covalente apolar

g) Ligações C-H

Ligação covalente polar

Ligações C-C

Ligação covalente apolar

h) Ligação iônica

i) Ligação covalente apolar

j) Ligação covalente apolar

k) A molécula tem 2 ligações do tipo O-H

Ligação covalente polar

l) Ligação covalente polar (exceção)

Ele quer saber “quem é mais iônico” entre NaCl e oKCl

O que a gente sabe é que, quanto maior a diferença de eletronegatividade entre os dois átomos envolvidos na ligação, mais os elétrons estarão concentrados em um átomo. Mais semelhante com um ânion esse cara cheio dos elétrons vai ficar e mais catiônico o outro será = maior o caráter iônico da ligação, certo?

Vamos ver aí a eletronegatividade do Na, do K e do Cl:

Beleza, vamos ver as diferenças de eletronegatividade agora:

E o que que a gente pode concluir?

Como, no KCl a diferença de eletronegatividade é maior, os elétrons estarão “menos compartilhados”. A nuvem eletrônica está muito deslocada no sentido do cloro (cloreto) e a ligação tem alto caráter iônico.

Na prática, a diferença entre o NaCl e o KCl é muito pequena. Mas, apenas pelo estudo das eletronegatividades, a ligação existente no KCl é mais iônica que a ligação existente no NaCl.

O primeiro passo é dar uma olhada nas regras de Fajans né.

1. Um cátion pequeno favorece a covalência.
2. Um ânion grande favorece a covalência.
3. Carga elevada (em módulo), em qualquer um dos íons, favorece a covalência.
4. O poder polarizante de cátions sem a configuração de gases nobres favorece a covalência.

O segundo passo é entender quais regras vão ser importantes pra nós.

Olha só.

1. Um cátion pequeno favorece a covalência.

Você ainda lembra de como o raio atômico/iônico muda ao longo da tabela periódica?

Bem, Na e K estão na mesma família (a dos metais alcalinos). Na no terceiro período e K no quarto.

Como o K tá no quarto período da mesma família, ele tem um nível preenchido a mais na eletrosfera, então ele é maior (maior raio).

Como a regra diz que cátion pequeno favorece a covalência, o Na (que é menor) vai favorecer a covalência mais do que o K.

2. Um ânion grande favorece a covalência.

Tá bom, é verdade. Mas os dois compostos que a gente tá analisando tem o mesmo ânion. Então se o cloreto favorece a covalência, ele vai favorecer nos dois. Se ele desfavorece, ele vai desfavorecer nos dois.

Essa regra não é importante para essa análise.

3. Carga elevada (em módulo) favorece a covalência.

Pois é, mas nos dois compostos que estamos analisando, todo mundo tem carga . Então não existe diferença, nesse quesito, entre KCl e NaCl.

4. O poder polarizante de cátions sem a configuração de gases nobres favorece a covalência.

Também não estamos interessados. Tanto o Na+ quanto o K+ são cátions com a configuração de gás nobre. Quer ver?

Bem, parece que a única regra que realmente nos importa pra esse caso é a 1ª.

E por ela a gente concluiu que o KCl é mais iônico que o NaCl.

Uma ligação não é necessariamente 100% iônica ou 100% covalente.

A gente já viu que uma ligação pode ter um caráter iônico maior ou menor e um caráter covalente maior ou menor, dependendo das eletronegatividades envolvidas, da razão carga/raio dos átomos, etc.

Mas pensa na ligação .

Apolar, dois caras iguaizinhos! Bem, nesse caso dá pra dizer que ela é puramente covalente. Mas mesmo uma ligação assim pode assumir características polares, acredita?

A gente pode “provocar” um momento dipolo nessa molécula, aproximando ela de um momento dipolo forte.

Tipo assim. Tá lá a molécula de tranquilona, com os elétrons igualmente distribuídos, nuvem eletrônica nem um pouco distorcida.

E aí um cara super positivo se aproxima dessa molécula.

E puxa a nuvem eletrônica em direção a um dos átomos de flúor.

Mas tudo bem, isso foi só pra dizer que mesmo a molécula “mais 100% covalente” pode deixar de ser, frente a determinadas situações.

Então, vamos analisar o caráter covalente das ligações em , , , , e .

Como a gente já viu, numa situação “normal”, o é um cara 100% covalente.

Pela tabela de eletronegatividade () , a gente pode pegar os seguinte dados:

Conforme a eletronegatividade dos caras ligados ao flúor vai diminuindo, a diferença de eletronegatividade da ligação vai aumentando ().

E com a diferença de eletronegatividade aumentando, o caráter iônico vai aumentando.

No , por exemplo, com diferença de eletronegatividade igual a , o caráter das ligações já é predominantemente iônico (diferença maior que 1,7).

Mas o tem ligações mais iônicas, e o ainda mais.

Tendo tudo isso em mente, é mais adequado falar do caráter iônico e caráter covalente das ligações do que dizer que uma ligação é uma coisa ou outra.

Resumindo:

Ligações consideradas covalentes podem apresentar caráter iônico, dependendo da diferença de eletronegatividade dos átomos ligados. Essa diferença pode causar a distorção da nuvem eletrônica correspondente à ligação, aumentando o caráter iônico.

Ligações estabelecidas entre íons podem ter o caráter covalente aumentado caso o cátion consiga polarizar a nuvem eletrônica do ânion.

Se um átomo com alta eletronegatividade se liga a um átomo com baixa eletronegatividade, ocorre a formação de ligação com forte caráter iônico. A ligação iônica é estabelecida pela atração eletrostática entre ânions e cátions. Compostos formados a partir de ligações iônicas tendem a formar sólidos iônicos, de alta dureza e baixa condutividade elétrica (exceto quando fundidos ou diluídos).

Como exemplo a gente pode citar o , o , o , entre outros.

Se dois átomos com alta eletronegatividade se ligam, eles tendem a formar ligações com alto caráter covalente. Nesse tipo de ligação os elétrons são compartilhados e a nuvem eletrônica da ligação fica distribuída entre os átomos de forma relativamente uniforme. Desuniformidade na distribuição da nuvem causa polaridade da ligação covalente. São ligações direcionais e geralmente fortes.

Como exemplos podemos citar o , o , , entre outros.

Um outro tipo de ligação ocorre quando átomos de baixa eletronegatividade se unem. Se você olhar pra nossa tabela de eletronegatividade, pode ver que os valores mais baixos são encontrados para os metais (alcalinos, alcalinos terrosos e de transição).

Por isso mesmo, o tipo de ligação entre átomos com baixas eletronegatividades são chamadas de ligações metálicas.

Ela ocorre numa barra de ferro ou em um pedaço de sódio metálico, por exemplo.

Como nenhum dos átomos tem grande apreço pelos elétrons, nesse tipo de ligação os elétrons da camada de valência de todos os átomos tendem a ficar “soltos”. Não pertencem a um único átomo, mas à estrutura metálica como um todo, tendo livre movimentação pelo sólido.

Esse modelo de ligação e chamado mar ou nuvem de elétrons.

Como vários elétrons ficam livres, uma das principais características dessa ligação é a alta condutividade elétrica.

O termo polaridade tem a ver com a formação de pólos (positivo/negativo) numa ligação ou molécula.

Sempre que existir diferença de eletronegatividade entre os átomos de uma ligação, a nuvem eletrônica ficará “distorcida”, sendo puxada mais para um átomo do que para o outro.

Onde a nuvem eletrônica ficar mais concentrada, a gente vai ter o pólo negativo da ligação. A menor concentração da nuvem eletrônica vai ser responsável pelo pólo positivo da ligação.

Dependendo da geometria da molécula e da polaridade das ligações dela, uma molécula pode ser polar ou apolar.

Para que uma molécula seja polar, ela precisa que suas ligações tenham momento dipolo (sejam polares) e que esses vetores de momento dipolo não se anulem entre si.

E polarizabilidade?

Polarizabilidade é o quanto a nuvem eletrônica pode ser destorcida, o quanto ela é maleável.

O termo polarizabilidade é, geralmente, aplicado a ânions.

Dessa forma, um ânion pouco polarizável é aquele que é muito “apegado” aos seus elétrons. Isso geralmente ocorre com ânions pequenos e com alta carga nuclear. Esses ânions mantém os elétrons de sua eletrosfera mais presos ao seu núcleo, não se deixando polarizar facilmente.

Por outro lado, ânions com pouca carga nuclear e/ou grande raio costumam ser muito polarizáveis. Quando o ânion é muito grande, os elétrons mais distantes do núcleo (na camada de valência), estão tão distantes que acabam sofrendo pouca atração do núcleo, ficando mais suscetíveis a polarizabilidade.

Vamos fazer o estudo da eletronegatividade:

Então as diferenças de eletronegatividade nas ligações são dadaa por:

Pelo estudo da eletronegatividade a gente pode, então, concluir que o caráter iônico da ligação no KCl é maior que no AgCl.

Agora vamos ver as regras de Fajans:

1. Um cátion pequeno favorece a covalência.
2. Um ânion grande favorece a covalência.
3. Carga elevada (em módulo), em qualquer um dos íons, favorece a covalência.
4. O poder polarizante de cátions sem a configuração de gases nobres favorece a covalência.

E definir quais regras vão ser importantes na comparação entre KCl e AgCl:

1. Um cátion pequeno favorece a covalência.

Comparar os raios do cátion da prata (Ag+) com o cátion do potássio (K+) é bem complicado. Isso porque eles estão em períodos diferentes, mas famílias também diferentes.

Pela configuração eletrônica desses caras:

Embora o Ag+ tenha uma camada eletrônica a mais que o K+, ele também tem muito mais prótons. A carga nuclear alta acaba atraindo mais os elétrons, diminuindo o raio.

Além disso, a prata tem uma cambada de elétrons em orbitais do tipo d, que blindam pouco a carga nuclear, e fazem com que a prata tenha uma carga nuclear efetiva bem alta!

Experimentalmente, sim, o raio iônico do Ag+ é maior que o do K+, cerca de 144 pm e 133 pm, respectivamente. Mas via de regra não é aconselhável comparar dois caras de períodos e família diferentes.

De qualquer forma, como o K+ é menor, pela regra 1 de Fajans, ele favorece o caráter covalente mais do que o Ag+.

2. Um ânion grande favorece a covalência.

Tá bom, é verdade. Mas os dois compostos que a gente tá analisando tem o mesmo ânion. Então se o cloreto favorece a covalência, ele vai favorecer nos dois casos. Se ele desfavorece, ele vai desfavorecer nos dois casos.

Essa regra não é importante para essa análise.

3. Carga elevada (em módulo) favorece a covalência.

Pois é, mas nos dois compostos que estamos analisando, todo mundo tem carga . Então não existe diferença, nesse quesito, entre KCl e AgCl.

4. O poder polarizante de cátions sem a configuração de gases nobres favorece a covalência.

Opa, a regra 4 nos interessa nessa análise.

Embora o K+ tenha comfiguração eletrônica de gas nobre:

O Ag+ não tem (gases nobres tem configuração terminada em p6).

E pela regra 4 de Fajans, isso faz com que a prata favoreça o caráter covalente mais do que o K.

Isso acontece porque quando um cátion não tem configuração de gás nobre, ele tem elétrons alocados em orbitais do tipo d, que oferecem pouca blindagem á carga nuclear.

Assim, é como se o núcleo ficasse mais “exposto” e atraísse mais elétrons que ficassem de bobeira (tipo os da nuvem eletrônica do ânion).

Como tudo nos aponta, existe um maior caráter covalente na ligação AgCl.

Para calcular o caráter iônico de uma ligação covalente, a gente compara o momento dipolo elétrico real com aquele que ela teria caso fosse iônica.

Para o , foi dado no enunciado que:

O cálculo do momento dipolo elétrico iônico é dado por:

Esse aí será a carga elétrica de 1 elétron que teria sido deslocado do hidrogênio para o cloro, pela distância , que é a distância entre os átomos.

Bora calcular o então:

E agora só falta calcular o caráter iônico da ligação, que é dado por:

Logo, a ligação entre e no tem caráter iônico.

a) Onde estão os pólos positivo e negativos da molécula?

Vamos ver a eletronegatividade do e do :

Como o bromo é mais eletronegativo que o hidrogênio, a nuvem eletrônica (negativa) vai ser mais puxada na direção do , fazendo com que o polo positivo da molécula fique no .

O polo negativo, então, vai ser o , né? Onde a nuvem eletrônica vai estar mais concentrada.

E a representação do dipolo é dada por:

b) Para o estudo do centro de carga positiva a gente vai estudar apenas as cargas positivas presentes na molécula: as cargas nucleares.

Olha só, a carga nuclear () do hidrogênio é 1 e a do é 35.

Achar o centro de carga positiva é achar em que ponto da ligação a gente consegue separar 50% da carga positiva para cada lado:

Como a carga nuclear total é 36 e:

A gente diz que o centro da carga positiva está a 97,22% de distância do H. Ou seja, se a ligação tivessem 100 cm de distância, o centro da carga positiva seria no ponto 97,22 cm, contando a partir do H.

Como a ligação tem 1,413 Å de distância:

O centro da carga positiva está 1,374 Å distante do H.

c) Para calcular o centro positivo foi OK porque a gente sabe exatamente onde a carga positiva está. O mesmo não acontece com a carga negativa (os elétrons).

Caso a ligação fosse completamente covalente, o hidrogênio estaria compartilhando seu único elétron (e ficando com zero elétrons “nele”) e o estaria compartilhando 1 elétron (e ficando com 34 elétrons nele.

A nossa representação seria assim:

Com aquele (dos dois elétrons compartilhados), bem no meio da ligação.

Mas essa nuvem de elétrons (-2) está sendo puxada em direção ao , que é mais eletronegativo.

Para saber onde fica o centro da carga positiva, então, a gente vai precisar da seguinte fórmula:

Onde é o valor do dipolo da molécula, que foi dado no enunciado como (sendo ), é a carga nuclear total da molécula (36), é a carga do elétron, dada por e é a distância entre o centro de carga positiva e o centro de carga negativa.

Como sabemos a posição do centro de carga positiva, sabendo , podemos descobrir a posição do centro de carga negativa!

Vamos calcular então:

Como a gente determinou que o centro da carga positiva estava a 1,374 Å do hidrogênio, o centro de carga negativa estará a:

1,378 Å de distância do hidrogênio.

d) Pra determinar o caráter iônico da ligação , a gente compara o momento dipolar real da molécula, com aquele que ela teria caso fosse puramente iônica.

Se ela fosse completamente iônica, o centro da carga positiva estaria exatamente no e o centro da carga negativa estaria exatamente no . Logo, a distância entre os centros seria a distância entre os átomos:

E o utilizado é pois estamos considerando que apenas 1 elétron foi deslocado do hidrogênio para o .

Assim, para o momento dipolo:

E o caráter iônico da ligação é dado por:

Logo, a ligação entre e no tem caráter 11,5% iônico.