Química Básica - Estrutura - Departamento de Química ...

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Fig. 2 - Ilustração das forças coulômbicas (repulsivas e atrativas) que operam entre as cargas puntiformes q1 e q2 separadas pela distância r. Existe uma energia potencial coulômbica (U), que é uma grandeza escalar, associada a essas interações elétricas dada por: 1 q1⋅q2 U = (quando a interação é repulsiva), (3) 4πε0 r onde U é dada em Joule (J), unidade expressa no SI. Neste caso, só é possível aproximar as cargas de maneira forçada, ou seja, se trabalho for realizado contra a força coulômbica repulsiva (oposição). Portanto, quando a cargas são aproximadas (o valor de “r” diminui), temos um aumento da energia potencial elétrica (a energia do sistema aumenta). Por isso, a equação que fornece o valor de U apresenta sinal positivo (subentendido). Por outro lado, a aproximação de cargas de sinais contrários leva a uma diminuição de U. Neste caso, a equação que fornece o seu valor deve apresentar sinal negativo, isto é: 1 q ⋅ q U =− 4πε r 0 1 2 (quando a interação é atrativa) (4) Sendo assim, quando “r” diminui o valor de “U” torna-se mais negativo e, portanto, o valor de U diminui aumentando a estabilidade do sistema. Caso se deseje separar as cargas de sinais contrários (cuja força entre elas é naturalmente atrativa) será necessário agora realizar trabalho de modo a forçar o aumento da distância entre elas. Neste caso, um aumento de “r” implica um valor de U menos negativo, indicando que a energia potencial está aumentando, o que torna o sistema menos estável. Enquanto as interações repulsivas promovem o aumento da energia do sistema (diminui sua estabilidade), as interações atrativas sempre contribuem para a diminuição da energia do sistema, aumentando sua estabilidade. 9
Vale salientar ainda que a aplicação da lei de Coulomb é muito mais abrangente que a simples descrição das forças operam entre cargas elétricas (esferas, por exemplo). Com efeito, essa lei quando aplicada em conjunto com a Mecânica Quântica permite descrever (ou explicar): ♦ As forças que ligam os elétrons ao núcleo dos átomos; ♦ As forças que unem os átomos (ligações químicas) para formar as moléculas; ♦ As forças que ligam os átomos e as moléculas entre si (ligações intermoleculares) para formar os líquidos e os sólidos; ♦ A periodicidade das propriedades atômicas (ex.: energia de ionização). A ESTRUTURA MICROSCÓPICA DA MATÉRIA - Os Átomos e as Moléculas OS ÁTOMOS Embora os átomos sejam constituídos de partículas ainda menores, eles constituem a unidade fundamental de toda a matéria. AS MOLÉCULAS • Os átomos podem se unir para formar agregados denominados moléculas. • A força que faz com que os átomos se mantenham unidos é chamada ligação química. (Ex. a molécula da água: união de 2 átomos de higrogênio e 1 átomo de oxigênio) • Porém nem todas as substâncias são moleculares na natureza, sendo conhecidas como compostos iônicos. (Ex. o NaCl) OBS.: Posteriormente discutiremos mais o assunto sobre as diferenças entre substâncias moleculares e não-moleculares. ESTRUTURA ATÔMICA Sabe-se – segundo teorias e modelos desenvolvidos com base em evidências experimentais – que a estrutura atômica compreende as “estruturas eletrônica e nuclear”. As propriedades químicas e físicas dos elementos dependem da natureza dos seus átomos, ou seja: ♦ da carga do núcleo (Z⏐e⏐); ♦ da distribuição dos Z elétrons ao redor do núcleo (estrutura ou configuração eletrônica); ♦ da massa atômica (A). Sendo que a “estrutura eletrônica e a carga nuclear” dos átomos fornecem a base para compreensão das propriedades químicas, a saber: ♦ as propriedades atômicas, especialmente a energia de ionização e a afinidade eletrônica; ♦ as ligações químicas que, por sua vez, determinam a estequiometria (de compostos e reações), etc. Conseqüentemente, as propriedades químicas das “substâncias” resultam essencialmente da: ♦ estrutura eletrônica dos seus átomos; ♦ natureza de suas ligações. 10
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