Aula: 19 Temática: Forças de ligação nos cristais – Parte III Na química, o termo forças de van der Waals originalmente refere-se a todas as formas de forças intermoleculares; entretanto, atualmente, o termo tende a se referenciar a forças intermoleculares que tratam de forças devido à polarização das moléculas. Ligação (forças) de van der Waals É a mais fraca das ligações químicas presentes em minerais, e ocorre mais comumente entre partículas eletricamente neutras (moléculas). Em cristais formados essencialmente de átomos unidos por ligações covalentes ou iônicas, as ligações de van der Waals podem estar presentes, mas são significativamente mais fracas que as demais, resultando em feições como baixa dureza e clivagem excelente. No mineral grafite (C), cada átomo de carbono está ligado a outros três, por ligações covalentes contidas em um mesmo plano, e a cento e vinte umas das outras. Entre um plano e outro, a ligação é do tipo van der Waals. Esta última é responsável pela baixa dureza e excelente clivagem do mineral. QUÍMICA DOS MINERAIS Ligações com Pontes de Hidrogênio Quando um átomo de hidrogênio liga-se covalentemente a um elemento fortemente eletronegativo (F, O, Cl, N), seu único orbital será confinado em grande parte pela zona de sobreposição. Consequentemente, a parte do átomo mais distante da zona de superposição se comportará como um próton exposto, que tenderá a atrair outros íons negativos. Dentre os minerais, ligações deste tipo estão presentes, por exemplo, em hidróxidos e nas micas. As pontes de hidrogênio formam ligações fracas, porém não tão fracas quanto as de van der Waals. Número de Coordenação Em ligações puramente iônicas, os cátions e ânions podem ser considerados como esferas. Assim, cada íon tenta atrair para si tantos íons de carga contrária quantos possíveis. O número de coordenação é definido pelo número de átomos de carga contrária que são vizinhos imediatos de um determinado cátion ou ânion. Uma estrutura cristalina pode ser descrita como composta de cátions localizados no centro de poliedros de coordenação, com os ânions localizados nos vértices destes poliedros. O número de coordenação de um determinado cátion em uma estrutura cristalina vai depender da razão entre o raio iônico de cátion e o raio iônico do ânion coordenado por ele, conforme descrito na tabela abaixo. Convém lembrar, entretanto, que estas relações funcionam somente para ligação iônica. Íons em coordenação 5, 7, 9, 10 e 11 são muito raros em minerais, mas pode ocorrer em estruturas complexas, como produto do preenchimento de interstícios entre outros poliedros de coordenação. Valência Eletrostática A valência eletrostática, definida como o quociente entre a carga (valência) do íon e o seu número de coordenação, representa a força de uma ligação eletrostática. Por exemplo, no caso do NaCl, tanto o sódio quanto o cloro estão em coordenação 6, e ambos possuem carga 1, o que significa que cada uma das ligações chegando a um átomo de sódio ou a um átomo de cloro tem uma valência eletrostática de 1/6. Uma aplicação interessante do conceito de QUÍMICA DOS MINERAIS valência eletrostática é o caso dos grupos aniônicos. No caso do íon carbonato (CO3)2-, um cátion pequeno, com carga relativamente alta (4+), coordena três ânions oxigênio. A valência eletrostática de cada ligação entre carbono e oxigênio é, portanto, de 4/3. Este valor alto de valência eletrostática significa que as ligações do oxigênio com o carbono serão muito mais fortes do que com os outros cátions (por exemplo, o Ca2+ no CaCO3). Encerramos aqui os estudos das Forças de ligação nos cristais. Na próxima aula veremos os métodos de identificação dos minerais. QUÍMICA DOS MINERAIS