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Química

Ligações Químicas

Sara Nahra
Publicado por Sara Nahra
Última atualização: 13/9/2018

Introdução

Uma das grandes razões de se estudar as ligações químicas é a capacidade de explicar as propriedades físicas, químicas e mecânicas de um material, permitindo assim a fabricação de novos materiais.

Mas afinal, o que é uma ligação química? De forma simples, uma ligação química é a junção de dois ou mais átomos. As ligações químicas são divididas em: ligação iônica, covalente e metálica.

Ligação Iônica

A ligação iônica é produzida através da atração eletrostática entre íons positivos (cátions) e negativos (ânions), formando, assim, um composto iônico. Só lembrando, íons são átomos que ganharam ou perderam um ou mais elétrons. Neste tipo de ligação, ocorre a transferência de elétrons de forma definitiva.

O exemplo mais famoso de ligação iônica é o cloreto de sódio, mais conhecido como sal de cozinha. Neste composto, o sódio (Na) doa um elétron ao cloro (Cl) formando NaCl, como vocês podem ver na equação química abaixo.

Na+ + Cl- → NaCl

Na tabela periódica, os metais das famílias IA, IIA e IIIA possuem maior facilidade em perder elétrons, transformando-se assim em cátions, enquanto que os ametais das famílias VA, VIA e VIIA possuem facilidade em ganhar elétrons, transformando-se assim em ânions.

Dentre as propriedades das substâncias iônicas podemos citar:

  • Se encontram no estado sólido na temperatura ambiente (25°C) e pressão de 1 atm.
  • São duros e quebradiços.
  • Apresentam elevados pontos de fusão e ebulição devido à forte atração eletrostática dos íons.
  • Quando dissolvidos em água ou no estado líquido conduzem corrente elétrica devido aos íons livres (como é o caso do sal de cozinha dissolvido em água).
  • São polares.

Representação esquemática da ligação entre átomos de sódio (Na+), representados pelas bolinhas cinzas e átomos de cloro (Cl-), representados pelas bolinhas azuis.sódio (Na+), bolinhas cinzas e átomos de cloro (Cl-),bolinhas azuis. 

Ligação Covalente

Uma ligação covalente ocorre quando elementos não-metálicos compartilham elétrons entre si, formando assim moléculas. Um exemplo de ligação covalente é o dióxido de carbono, mais conhecido como gás carbônico (CO2), onde um átomo de carbono (C) reage com dois átomos de oxigênio (O) formando uma molécula de CO2. A equação química correspondente à formação de uma molécula de gás carbônico está mostrada a seguir:

C + 2 O  → CO2

Dentre as propriedades das substâncias covalentes podemos citar:

  • Podem ser encontrados no estado sólido, líquido ou gasoso.
  • Apresentam baixos valores de fusão e ebulição quando comparados aos compostos iônicos.
  • Com exceção do grafite, não conduzem corrente elétrica, se encontrados puros.

Representação esquemática da ligação entre dois átomos de cloro formando uma molécula de Cl2.átomos de cloro formando uma molécula de Cl2. 

Ligação Metálica

Uma ligação metálica é a força atrativa que mantém metais unidos e pode ser explicada da seguinte forma: os materiais metálicos possuem de um a três elétrons livres na camada de valência (CV), que não estão ligados a um átomo particular no sólido. Esses elétrons podem se movimentar por todo o metal, formando um “mar de elétrons” ou uma “nuvem eletrônica”. Os núcleos atômicos e os elétrons restantes, que não se encontram na camada de valência, formam os núcleos iônicos, que possuem uma carga resultante positiva com magnitude igual à carga total dos elétrons de valência por átomo.

Dentre as propriedades dos metais podemos citar:

  • Apresentam brilho característico.
  • Alta condutividade térmica e elétrica devido aos elétrons livres.
  • Pontos de fusão e ebulição altos.
  • São facilmente maleáveis.
  • Elevada ductibilidade.

Representação esquemática da ligação metálica. As bolinhas amarelas representam os íons metálicos, enquanto que os sinais negativos representam elétrons livres.ligação metálica 

Teoria do Octeto

Todos os gases nobres, com exceção do gás hélio, apresentam oito elétrons na sua camada de valência, possuindo configuração eletrônica s²p6. A partir disso, os cientistas Gilbert N. Lewis e Walter Kossel perceberam, em 1916, que os gases nobres têm pouca tendência a se unirem entre si ou com outros átomos, devido ao número máximo de elétrons na última camada. Os cientistas concluíram então que os átomos, ao se unirem, procuram perder, ganhar ou compartilhar elétrons na última camada até atingirem a configuração eletrônica de um gás nobre. Dessa forma, foi criada a regra do octeto: um átomo é estável se possuir oito elétrons na camada de valência ou dois elétrons, se a camada de valência for a K. Para tornarem-se estáveis, os átomos ligam-se através dos elétrons de valência.

Símbolo de Lewis

Lewis criou uma forma para ilustrar a localização dos elétrons em um átomo, na qual os elétrons são representados por meio de pontos ao redor do símbolo do elemento, como mostrado na Tabela 1. O número de elétrons disponíveis para a ligação é indicado por pontos desemparelhados. Esses símbolos são chamados de símbolos de Lewis.

Símbolo de Lewis para diversos elementos químicosSímbolos de Lewis 

A formação do composto iônico pode ser representada pela estrutura de Lewis e seu íon-fórmula. A fórmula eletrônica de Lewis representa os elementos e os elétrons da sua camada de valência, chamados de elétrons de valência, indicando-os por • ou x. Como exemplo, temos o cloreto de sódio (sal de cozinha):

reação do cloreto de sódio, sal de cozinha 

Como podemos ver na fórmula acima, o número total de elétrons cedidos deve ser igual ao número total de elétrons recebido, ou seja, na formulação de um composto iônico, a carga elétrica total do(s) cátion(s) deve neutralizar a carga elétrica total do(s) ânion(s). O esquema geral de formulação se encontra abaixo:

Ax+ + By- ↔ AyBx

No caso do cloreto de sódio, temos: Na+ Cl↔ NaCl

Outros exemplos: Fe+3 + O-2 ↔ Fe2O3

          H+ + O-2 ↔ H2O

          H+ + (SO4)-2 ↔ H2SO4

A ligação covalente, por sua vez, pode ser representada das seguintes formas:

  • Fórmula eletrônica, fórmula de Lewis ou estrutura de Lewis: o compartilhamento de elétrons é representado por bolinhas (•) dentro de retângulos.
  • Fórmula estrutural plana: o par de elétrons compartilhados são representados por traços ( – ) que unem os átomos que participam da ligação.
  • Fórmula molecular: mostra quais e quantos átomos têm a molécula.

Representações da ligação covalenteRepresentações da ligação covalente 

Ligação covalente coordenada ou dativa

A ligação covalente coordenada ou dativa trata-se de um par de elétrons compartilhados entre dois átomos e é representada por uma seta (→) na fórmula estrutural, como mostrado abaixo na molécula de SO2.

ligação covalente coordenada/dativa do dióxido de enxofre
 

Exceções à teoria do octeto

Alguns átomos são capazes de se estabilizar com uma quantidade de elétrons na camada de valência maior ou menor que oito. Os casos a seguir são considerados exceções à teoria do octeto:

  • Boro (B): sempre se estabiliza com seis elétrons na camada de valência, como mostrado na fórmula eletrônica a seguir (BF3):

fluoreto de boro, exceções da teoria do octeto
 

  • Berílio (Be): sempre se estabiliza com quatro elétrons na camada de valência, como mostrado na fórmula eletrônica a seguir (BeF2):

fluoreto de berílio, exceções da teoria do octeto
 

  • Número maior do que oito elétrons na última camada: em alguns casos, átomos como fósforo e enxofre aparecem com 10 e 12 elétrons na CV, respectivamente. Isso pode ser visto nas fórmulas eletrônicas a seguir (PCl5 e SF6):

PCL5 e SF6, exceções da teoria do octeto
 

  • Número ímpar de elétrons na última camada: em alguns casos, a CV é completada com número ímpar de elétrons, como ocorre nos compostos NO, NO2 e ClO2, que apresentam sete elétrons ao redor do átomo central (N e Cl). A fórmula eletrônica a seguir mostra o caso do NO.

NO,  exceções da teoria do octeto
 

  • Compostos dos gases nobres: apesar de já terem oito elétrons na CV, alguns gases nobres reagem em condições especiais, formando compostos estáveis. Como exemplo temos o XeFe o XeF4, cuja fórmula eletrônica está mostrada abaixo.

XeF4, exceções da teoria do octeto
 


Exercícios

Exercício 1
(Mackenzie)

Considere uma molécula de gás carbônico (CO2), que é o principal gás responsável pelo efeito estufa. Numa molécula desse gás, o número de elétrons compartilhados é igual a:

Ilustração: Rapaz corpulento de camiseta, short e tênis acenando

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