Comprimento de ligação e energia de ligação

RKA21MC - Olá, meu amigo(a), tudo bem com você? Seja muito bem-vindo(a) a mais um vídeo da Khan Academy Brasil. Neste vídeo, vamos conversar sobre o comprimento de ligação e a energia de ionização. Para começar a conversar sobre isso, vamos supor ue você pegou uma amostra pura de hidrogênio. Existe uma chance muito grande de que esses átomos individuais de hidrogênio dessa amostra não fiquem apenas flutuando de forma separada. Muitos deles, na verdade a maioria deles, vão acabar se ligando uns aos outros e com isso formando o que é conhecido como hidrogênio diatômico, que representamos como H₂. Também temos essa outra maneira de representar que cada hidrogênio se ligou a outro hidrogênio para formar uma molécula diatômica como essa, um hidrogênio diatômico. Essa molécula é composta apenas de hidrogênio, mas são dois átomos de hidrogênio, e isso faz sentido porque é estável, já que cada hidrogênio neutro individual tem um elétron de valência. Então, temos um elétron aqui e outro elétron aqui. Caso eles compartilhem seus elétrons de valência, ambos poderão fingir que eles possuem uma camada externa completa. Sendo assim, esse traço bem aqui pode ser visto como um par de elétrons que está sendo compartilhado em uma ligação covalente. Agora, o que vamos fazer neste vídeo é pensar sobre a distância entre os átomos, então, apenas como exemplo, imagine dois hidrogênios assim. Quando estamos nas condições normais de temperatura e pressão, a distância entre os centros dos átomos que observamos aqui é de aproximadamente 74 picômetros, e apenas como uma revisão de quão pequeno é um picômetro, um picômetro equivale a um trilionésimo de metro. Então, isso é 74 trilionésimos de metro, ou seja, estamos falando de uma distância muito, muito pequena, mas uma pergunta interessante que cabe fazer aqui agora é: Por que essa distância? O que aconteceria se tentássemos comprimi-los ainda mais? Ou o que aconteceria se nós tentássemos separá-los? Para pensar sobre isso, eu vou fazer um pequeno gráfico aqui que relaciona a energia potencial com a distância. No eixo vertical, vamos colocar a energia potencial. Ah, ainda não vou colocar nenhuma unidade de medida, vou deixar para pensar nisso depois, principalmente porque eu quero pensar nisso tudo aqui em termos conceituais. Agora, no eixo horizontal temos a distância, a distância entre os centros dos átomos, que você pode ver como a distância entre os núcleos, e vamos medir isso aqui em picômetros. Agora, quando estamos relacionando essa distância com a energia potencial, essa distância é algo relativo entre os centros dos átomos, ok? Sendo assim, vamos dizer que temos uma distância arbitrária aqui de 74 picômetros, assim a nossa energia potencial está bem aqui, e eu nem mesmo vou colocar um valor aqui agora, ok? O que vai acontecer com a energia potencial se a gente quiser separar esses dois átomos? Bem, normalmente temos um valor de o potencial aqui, provavelmente ele é baixo, ou seja, temos um ponto baixo aqui na energia potencial. Aí, se você separar os dois e aumentar as distâncias, você vai ter que colocar energia nisso, e isso faz com que a energia potencial aumente. Para pensar por que isso faz sentido, observe esses dois átomos aqui. Vamos imaginar que temos uma mola entre ele e que a gente queira puxar um dos lados dessa mola. Para isso, temos que colocar energia sobre a mola, não é? Assim aumentaremos a energia potencial dela, certo? Se por acaso você soltar, a mola vai acelerar e voltar para o ponto de equilíbrio. Sendo assim, conforme você separa os dois átomos você está adicionando energia potencial a eles. Conforme a distância entre os núcleos aumenta mais e mais, a energia potencial aumenta, aí se você separar de forma suficiente esse valor de energia potencial vai entender a um determinado valor, a um valor que vai ser exatamente a energia potencial que esses dois teriam caso não estivessem ligados de alguma forma, um valor que eles teriam caso não estivessem associados ou interagindo um com o outro de alguma forma, e é esse realmente o ponto em que a maioria dos químicos ou físicos ou cientistas em geral atribui um valor de energia potencial sendo igual a zero, a energia na qual eles estão infinitamente separados um do outro. É nesse valor que temos uma espécie de reta horizontal que serve como assíntota para a energia potencial. Eu vou colocar um valor igual a zero aqui, ok? Eu acho legal, agora, colocar a unidade de medida para essa energia potencial, vamos dizer que a unidade de medida seja quilojoules por mol. Agora, falando só mais uma vez, se você está separando os átomos, conforme você puxa mais, eles ficam cada vez mais afastados, e acabam ficando próximos a esse caso aqui em que os dois átomos não estão interagindo. Mas por que isso acontece? Bem, conforme você aumenta a distância entre eles, as forças de Coulomb entre eles estão ficando cada vez mais fracas é por isso que os cientistas gostam de pensar nesse ponto como o ponto de energia potencial igual a zero. Enfim, e que tal agora a gente pensar no contrário disso? Ou seja, se a gente quisesse comprimir ainda mais esses dois átomos? Mais uma vez, se você pensar nesses dois átomos aqui como tendo uma mola entre eles, caso você quisesse aumentar a energia potencial, você poderia dilatar a mola, ou seja, aumentar o comprimento da mola. Porém você também poderia aumentar a energia potencial se você a comprimisse. Sendo assim, ao fazer esses dois átomos ficarem mais perto um do outro, você vai adicionar mais energia potencial ao sistema, e com isso a energia potencial vai aumentar. Mas por que a energia potencial aumenta nesse caso? Porque quanto menor for a distância entre essas duas coisas, teremos as cargas dos núcleos se repelindo com uma intensidade de força Coulombiana maior, então será preciso superar isso. Isso faz com que a energia potencial do sistema fique maior. Além disso, esses elétrons começam a se sobrepor, e isso também faz com que os elétrons sejam ainda mais repelidos um pelo outro. Enfim, o que desenhamos aqui, mesmo que só conceitualmente, é essa ideia de que se você quiser sobrepor os átomos, teremos uma energia potencial muito alta, e se você quiser separá-los, você não vai adicionar uma energia potencial tão alta, mas vai ser maior do que se os átomos estivessem nesse ponto estável. Esse ponto estável é estável porque esse é um ponto mínimo, um ponto baixo nesse gráfico de energia potencial. E para deixar tudo aqui mais claro, para o hidrogênio diatômico nas condições normais de temperatura e pressão, o valor da energia potencial na distância de 74 picômetros entre os núcleos dos átomos é igual a 432 quilojoules por mol, isso, claro, em relação ao valor zero de energia potencial. Não se esqueça que estamos trabalhando aqui com valores relativos e uma coisa interessante a se pensar em um diagrama como esse é o quanto de energia que seria necessário para separar esses dois átomos, para quebrar completamente esse vínculo. Para esse caso, a energia necessária para separá-los completamente é esse valor aqui, ou seja, 432 quilojoules por mol, e é isso que as pessoas chamaram de energia de ligação, que é a energia necessária para separar os átomos. Em vídeos futuros, veremos que quanto menor forem os átomos individuais e quanto mais alta for a ordem das ligações, ou seja, se é uma ligação simples, dupla ou tripla, maior será a energia de ligação com que você irá lidar. Enfim, eu espero que você tenha compreendido tudo direitinho e, aproveitando o momento, eu quero deixar para você um grande abraço e até a próxima!