sexta-feira, 5 de novembro de 2010

Ligações Químicas e as Propriedades dos Materiais

Mortimer, E. F.; Machado, A. H. Química para o Ensino Médio. São Paulo: Scipione, 2002.

Que informação podemos obter com a temperatura de fusão sobre a natureza das ligações químicas?

         Analisando o comportamento das substâncias sob aquecimento, verificamos que algumas mudam de estado físico a temperaturas elevadas, como o cobre, cloreto de sódio e diamante. Já o açúcar (sacarose) e a naftalina fundem-se a temperaturas razoavelmente baixas. Há outras substâncias que se decompõem antes da fusão.
         Que evidências esses fatos revelam sobre as ligações químicas presentes nas substâncias?
         Um modelo de ligação química é usado para explicar essas e outras propriedades das substâncias. No caso do cobre, diamante e cloreto de sódio, quando a substância muda de estado físico, rompem-se interações entre as partículas que constituem a substância.         Como a temperatura para efetuar essas mudanças é elevada, podemos imaginar que essas interações sejam muito fortes. No caso do diamante, temos um tipo de ligação conhecida como ligação covalente, que é o mesmo tipo de ligação presente nas moléculas de hidrogênio, oxigênio, naftalina, sacarose, gasolina, álcool, água, entre outros.
         Essas últimas substâncias, no entanto, mudam de estado físico ou transformam-se em líquidos a temperaturas relativamente baixas, quando comparadas com o diamante.
         Como explicar essa diferença?
         Em todas essas substâncias (hidrogênio, oxigênio, naftalina, sacarose, gasolina, álcool, água), a ligação covalente é responsável pela formação da molécula. A agregação das moléculas para formar quantidades macroscópicas dessas substâncias se dá, no entanto, por interações entre moléculas, que são relativamente fracas. Portanto, há nessas substâncias dois tipos de interação: uma entre os átomos para formar as moléculas (ligação covalente) e outra entre as moléculas para formar o material (interação intermolecular). Essas substâncias são chamadas de substâncias moleculares. Como as interações entre moléculas são fracas, as substâncias moleculares geralmente têm temperatura de fusão e de ebulição relativamente baixas. Aquelas formadas por moléculas pequenas, como nitrogênio (N2), oxigênio (O2), gás carbônico (CO2), cloro (Cl2) e metano (CH4), geralmente são gasosas à temperatura ambiente, o que indica que suas temperaturas de ebulição são menores que a temperatura ambiente. As interações intermoleculares nessas substâncias devem ser muito fracas.
         No diamante, não há formação de moléculas individuais. A agregação das partículas para formar o material é realizada pela ligação covalente entre átomos de carbono, muito forte, o que explica a alta temperatura necessária para quebrá-la e fundir o diamante. Poderíamos pensar que, no caso do diamante, os átomos de carbono ligam-se para formar uma molécula gigante.
          No caso do cobre e do cloreto de sódio, temos uma situação semelhante à do diamante, só que as ligações envolvidas são de outra natureza. No caso do cobre, também não se formam moléculas, uma vez que átomos ligam-se por meio de ligações metálicas para formar o material. Podemos imaginar que esse tipo de ligação também é forte, uma vez que a maioria dos metais funde-se a temperaturas elevadas.
         Já em relação ao cloreto de sódio, a ligação não é entre átomos mas entre íons, que são partículas eletricamente carregadas. O cloreto de sódio também não forma moléculas, uma vez que os íons sódio e cloreto ligam-se por meio de ligações iônicas para formar o material, um sólido iônico.

Mortimer, E. F.; Machado, A. H. Química para o Ensino Médio. São Paulo: Scipione, 2002.


Que informação podemos obter pela solubilidade sobre a natureza das ligações químicas?

         O modelo de ligações químicas também é útil para explicar as diferenças de solubilidade. A solubilidade depende da interação entre as partículas do soluto e do solvente.
O cobre e o diamante são substâncias insolúveis nos dois tipos de solvente que foram usados. Esse fato é observado na maioria dos metais como também nos sólidos covalentes, como grafite, diamante, sílica (um componente da areia), mica etc.
O cobre e o diamante mudam de estado físico a temperaturas muito elevadas. Como já foi visto, isso evidencia que as ligações entre suas partículas são muito fortes. Para que ocorra dissolução, essas ligações também terão que ser quebradas por meio de interação com o solvente, com formação de um novo tipo de interação: soluto-solvente. No caso do cobre e do diamante, não há a formação dessas interações porque a energia necessária para quebrar a interação soluto-soluto é muito alta quando comparada com a liberação de energia que ocorreria na formação da interação soluto-solvente.
A temperatura de fusão do cloreto de sódio também é elevada, no entanto, ele é solúvel em água.
Como explicar esse fato?
O que favorece a dissolução do cloreto de sódio em água é a interação dos íons sódio e cloreto com as moléculas de água. A formação dessas interações entre as partículas do soluto e do solvente leva à quebra da ligação entre as partículas do cloreto de sódio. Os íons sódio e cloreto ficam solvatados pelas moléculas de água. Por meio do processo de solvatação, os íons ficam envoltos, interagindo com várias moléculas de água. Ela só é possível por meio de interação soluto-solvente.
A temperatura de fusão da naftalina é relativamente baixa e, no entanto, é uma substância que não é solúvel na água, mas sim em solventes orgânicos como aqueles contidos no querosene.
Como explicar essa diferença?
Podemos imaginar, usando os mesmos argumentos anteriores, que não se estabelece interação soluto-solvente entre as partículas de naftalina e água; isso ocorre apenas entre as partículas de naftalina e do querosene. Para explicar essa diferença, temos que pensar na natureza das partículas que formam a água, o solvente contido no querosene e a naftalina.

Que informação podemos obter pela condutividade elétrica sobre a natureza das ligações químicas?
A condutividade elétrica pode ser explicada, geralmente, pela presença de cargas que podem se movimentar ao longo do material.
Por exemplo, a condutividade elétrica da solução de cloreto de sódio em água deve-se à mobilidade dos íons (partículas carregadas) na solução aquosa. No caso do cristal de cloreto de sódio, os íons não têm essa mesma mobilidade, pois se encontram fixos em posições definidas num retículo cristalino. O que mantém esses íons fixos na estrutura do cristal é a força atrativa – ligação iônica.
No caso dos metais, como o cobre, e de algumas substâncias não metálicas condutoras, como a grafite, a condutividade elétrica não é explicada pela presença de íons móveis, mas pela existência de elétrons móveis. Os elétrons na região mais externa da eletrosfera não estão fortemente presos aos núcleos, o que possibilita sua mobilidade. Eles são, portanto, as partículas responsáveis pela condutividade elétrica no caso do cobre e da grafite.


Mortimer, E. F.; Machado, A. H. Química para o Ensino Médio. São Paulo: Scipione, 2002.




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