Série Didática para o Apoio a Formação de Professores de Química: Volume 2: Moléculas

De Marcos Aires de Brito

O estudo da Química, de fato, inicia--se com a molécula. Este volume trata dos fundamentos de Química, sendo o segundo de uma série didática de cinco volumes para o apoio à formação de professores de Química, e conta com dois capítulos e um apêndice ao texto.

Apresenta os conflitos entre teorias antigas sobre moléculas e, em um ponto de vista moderno, discute as ligações químicas intramoleculares por meio da teoria do octeto de Lewis, da teoria da ligação de valência, do modelo da repulsão dos pares eletrônicos da camada de valência e da teoria do orbital molecular.

Aborda também as ligações químicas intermoleculares em líquidos e sólidos, em um enfoque geral e mais dirigido à interpretação dos aspectos macroscópicos experimentais da Química.

Se você desejar um enfoque fenomenológico-matemático quanto às teorias sobre ligações químicas, consulte o "Apêndice: a ligação química do ponto de vista da Química Quântica".

• Idioma: Português
• Editora: Editora Appris
• Data de lançamento: 27 de set. de 2018
• ISBN: 9788547314729

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COMITÊ CIENTÍFICO DA COLEÇÃO FORMAÇÃO DE PROFESSORES

APRESENTAÇÃO

Este volume consta de dois capítulos e um apêndice ao texto. Apresentamos, no Capítulo 1, os conflitos entre teorias antigas sobre moléculas e, em um ponto de vista moderno, discutimos as ligações químicas intramoleculares por meio da teoria do octeto de Lewis, da teoria da ligação de valência, do modelo da repulsão dos pares eletrônicos da camada de valência e da teoria do orbital molecular.

Todas essas teorias serão aplicadas aos compostos de não metais, pois os compostos dos metais de transição serão discutidos no Volume IV – Compostos de Coordenação.

Abordamos, no Capítulo 2 deste volume, as ligações químicas intermoleculares em líquidos e sólidos, em um enfoque geral e mais dirigido para a interpretação dos aspectos macroscópicos experimentais da Química.

A teoria da ligação de valência e a teoria do orbital molecular serão revisitadas no apêndice ao texto: a ligação química do ponto de vista da Química Quântica.

Marcos Aires de Brito

SUMÁRIO

1

MOLÉCULAS

1.1 TEORIAS ANTIGAS SOBRE MOLÉCULAS

1.2 LIGAÇÕES QUÍMICAS INTRAMOLECULARES 

1.2.1 A teoria de Gilbert Newton Lewis 

1.3 ESTRUTURAS DE LEWIS 

1.4 TEORIA DA LIGAÇÃO DE VALÊNCIA 

1.4.1 Modelo da repulsão dos pares eletrônicos da camada de valência 

1.5 TEORIA DO ORBITAL MOLECULAR 

2

LÍQUIDOS E SÓLIDOS

2.1 INTRODUÇÃO 

2.2 AS FORÇAS INTERMOLECULARES EM LÍQUIDOS E SÓLIDOS 

2.2.1 Efeito de forças intermoleculares sobre o ponto de fusão e de ebulição

2.2.2 Efeito de forças intermoleculares sobre a solubilidade 

2.3 LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO 

2.4 SÓLIDOS 

2.4.1 Ligações em metais 

2.4.2 A estrutura dos sólidos 

REFERÊNCIAS

APÊNDICE

A LIGAÇÃO QUÍMICA DO PONTO DE VISTA DA QUÍMICA QUÂNTICA

1

TEORIA DA LIGAÇÃO DE VALÊNCIA

1.1 O MÉTODO DE HEITLER E LONDON PARA H2

1.2 O MÉTODO DE SLATER E PAULING PARA MOLÉCULAS POLINUCLEARES 

2

A APROXIMAÇÃO DO ORBITAL MOLECULAR

2.1 MÉTODO VARIACIONAL PARA A LIGAÇÃO QUÍMICA 

1

MOLÉCULAS

1.1 TEORIAS ANTIGAS SOBRE MOLÉCULAS

A primeira tentativa de estabelecer um modelo para a ligação química e, assim, explicar a formação de um composto remonta ao início do século XIX, com Torbern Bergman (Suécia) e Claude Louis Berthollet (França), por meio da teoria da gravitação universal. Segundo os autores, a afinidade química (um conceito de origem alquímica) tem origem na gravitação universal que atua entre as partículas.

Parece que Bergman e Berthollet tiveram inspiração nas Leis de Newton (Isaac Newton também foi alquimista), mas comparando, por exemplo, o átomo de mercúrio ao átomo de hidrogênio seria de se esperar que óxido de mercúrio (HgO com massa molar = 216,6 g/mol) fosse o principal produto, em comparação ao óxido de hidrogênio (H2O com massa molar = 18,0 g/mol), em uma reação da mistura de mercúrio, hidrogênio e oxigênio. Entretanto ocorre o inverso e a teoria da gravitação não se tornou viável para explicar a ligação química.

De acordo com essa teoria, a força da gravidade seria a responsável pela atração entre átomos para formar moléculas. Portanto o composto HgO, sendo mais pesado do que o composto H2O, teria maior preferência pelo átomo de mercúrio (massa atômica = 200,6 g/mol), em relação ao hidrogênio (massa atômica = 1,0 g/mol), na reação com oxigênio, mas em uma mistura contendo oxigênio, hidrogênio e mercúrio forma-se, a partir de uma leve ignição, preferencialmente, H2O e não HgO.

Em 1810, surgiu a teoria eletroquímica de Jöns Jacob Berzélius (Suécia), em que o enlace químico seria motivado pela atração mútua entre corpos de sinais contrários. De acordo com Berzélius, o átomo de cada elemento teria dois polos, um positivo e o outro negativo. Para alguns átomos, prevaleceria um dos polos, e, para outros átomos, prevaleceria o outro polo, e assim poderia ser entendida a formação de um composto.

O magnésio, por exemplo, considerado eletropositivo, reage com oxigênio, considerado eletronegativo, para formar óxido de magnésio (MgO), devido à atração entre os polos opostos. Quando ocorre uma compensação parcial de cargas, o produto da reação apresenta carga residual. Desse modo, moléculas como o carbonato de magnésio (MgCO3) seriam formadas pela afinidade química entre MgO (positivo) e CO2 (negativo).

Por influência de Dalton (1808), a palavra átomo já era utilizada na linguagem da Ciência, sugerindo uma partícula fundamental da matéria. Devemos, entretanto, lembrar que a estrutura do átomo somente surgiu no início do século XX, com a participação de físicos como Thomson, Nagaoka, Rutherford, Bohr, Schrödinger, entre outros cientistas. Naquela época, Berzélius já conhecia a composição de algumas substâncias, e na tentativa de explicar a formação e a estabilidade dos compostos, utilizou uma ideia errada sobre a possibilidade de polos no átomo.

A teoria de Berzélius desapareceu do meio