Química em 1 Mol: Ligações químicas interatômicas

Por que os átomos se ligam?

São conhecidos na natureza pouco mais de 100 elementos. Porém, já foram caracterizados cerca de 10 milhões de compostos químicos. Estes compostos são formados por combinações específicas de átomos de elementos diferentes, ou seja, átomos se unem para formar compostos com propriedades específicas ou moléculas.

Uma propriedade que quase todos os átomos possuem é a capacidade de se combinar para formar espécies mais complexas. A maneira como os átomos formam as ligações químicas está relacionado com sua estrutura eletrônica.

A formação de substâncias é resultado da união dos átomos afim de seguir uma tendência geral da natureza: procurar atingir uma situação ou estado de maior equilíbrio ou estabilidade. Uma molécula só será formada se esta for mais estável e tiver menor energia do que os átomos individuais. Como os átomos de todos os elementos são instáveis (com exceção dos gases nobres), todos eles têm tendência de formar moléculas através do estabelecimento de ligações.

Os gases nobres, são encontrados na natureza na forma de átomos isolados. Isso acontece porque eles têm a última camada da eletrosfera completa, ou seja, com 8 elétrons.

Teoria do octeto

Os cientistas Walter Kossel e Gilbert N. Lewis, por volta de 1916, elaboraram um modelo para ligações químicas, ao perceberem a existência de um grupo de átomos que são encontrados isolados, e que não participavam de ligações químicas. Esse grupo é chamado de gases nobres, e a estabilidade do átomo é atribuída à existência de 8 elétrons na última camada (camada de valência), pelo fato dessa configuração pertencer a esses gases, com exceção do Hélio (He), que possui 2 elétrons na última camada. Essa teoria ficou conhecida como regra do octeto.

A regra do octeto, resumidamente, diz que os átomos tendem a combinar-se para adquirirem a estrutura eletrônica do gás nobre mais próximo na tabela, tornando-se assim, estáveis. Dessa maneira, para se estabilizarem, os átomos podem ganhar, perder ou compartilhar elétrons.

As ligações químicas podem ser classificadas em três categorias:

Iônica;
Covamente molecular, dativa e coordenada;
Metálica.

Ligação iônica

Ligação iônica ou eletrovalente é aquela que se estabelece por meio da transferência definitiva de elétrons entre átomos.

A atração entre os átomos que formam o composto é de origem eletrostática.

Sempre um dos átomos perde elétrons, enquanto o outro recebe. O átomo mais eletronegativo arranca os elétrons do de menor eletronegatividade.
Nas ligações iônicas o doador de elétrons é um METAL, enquanto o receptor é um NAO-METAL.

Normalmente ligação química entre metais alcalinos (Li, Na, K) e halogênios (F, Cl), e leva a formação de sais.

Na formação do cloreto de sódio (sal de cozinha), a partir do sódio e do cloro. Vejamos:

O átomo de sódio na sua camada mais externa (M) possui apenas um elétron. Para adquirir a configuração de um gás nobre, ele precisa perder um elétron, pois dessa forma sua camada de valência passará a ser a L, com oito elétrons. Já o átomo de cloro possui sete elétrons na sua camada mais externa. Se receber mais um elétron, passará a ter configuração semelhante a de um gás nobre, ficando com oito elétrons.

Assim, o átomo de sódio doa o elétron da última camada, tornando-se um íon positivo (cátion), ao átomo de cloro, que por sua vez transforma-se em um íon negativo (ânion).

As ligações iônicas formam compostos iônicos. Algumas propriedades de compostos iônicos são:

São sólidos nas condições ambiente;
Apresentam altos pontos de fusão e ebulição ;
São condutores de eletricidade quando no estado liquido (fundidos) ou quando dissolvidos em água;
A maioria dos compostos são solúveis em água.

Ligação covalente

As ligações covalentes ocorrem por compartilhamento de elétrons entre os átomos envolvidos, geralmente são ligações estabelecidas entre ametais e ametais, e entre ametais e hidrogênio. Tais elementos eletronegativos, ou seja, que tem a tendência de receber elétrons.
Através da ligação covalente os átomos envolvidos podem “usar” o elétron do outro átomo, e juntamente com os seus adquirir uma configuração mais estável.

As ligações covalentes podem ocorrer na forma Molecular ou Dativa e Coordenada.

1. Ligação covalente molecular

Nessa ligação, os átomos são unidos devido ao compartilhar de seus elétrons, surgem então os pares eletrônicos indicados pelo círculo:

Cada par eletrônico formado pertence simultaneamente aos dois átomos. As moléculas são estruturas eletricamente neutras porque não ocorre nem ganho nem perda de elétrons, apenas o compartilhamento.

2. Ligação covalente dativa e coordenada

Essa ligação obedece a Teoria do Octeto: Os átomos se unem tentando adquirir oito elétrons na camada de valência, ou seja, a configuração eletrônica dos gases nobres.
Sendo assim, um átomo que já atingiu a estabilidade eletrônica se une a outro que necessita de elétrons para completar a camada de valência. Um exemplo dessa ligação é quando um átomo de enxofre se liga a dois de oxigênio para formar o dióxido de enxofre (SO2).

O átomo de enxofre (S) adquire seu octeto com formação de uma dupla ligação com o oxigênio localizado à esquerda (ligação coordenada), mas ao mesmo tempo o oxigênio posicionado à direita necessita de elétrons para completar seu octeto. Surge então a ligação covalente dativa representada por um pequeno vetor (seta).
A seta indica que o “S” está doando um par de elétrons para o “O”.

Os compostos formados através de ligações covalentes se classificam da seguinte
maneiras: Compostos moleculares que são formados por moléculas discretas; e compostos covalentes, formados por macromoléculas, moléculas que apresentem uma sequência muito grande de átomos.

Dependendo do tipo de molécula formada, os compostos obtidos a partir de ligações covalentes apresentam diferentes propriedades.

Compostos moleculares:

Podem ser encontrados nos estados sólido, líquido ou gasoso nas condições ambientes;
Apresentam baixas temperaturas de fusão e de ebulição;
Dependendo da polaridade da molécula podem ser solúveis em solventes polares ou em solventes apolares;
Não são capazes de conduzir corrente elétrica quando no estado natural (sólido, líquido e gasoso), mas, dependendo do composto, conseguem realizar a condução de corrente quando dissolvidos em água. Isto ocorre quando as moléculas de água conseguem quebrar as ligações covalentes dando origem a íons, em um processo conhecido por ionização.

Compostos Covalentes:

São encontrados geralmente no estado sólido nas condições ambientes.
Apresentam altas temperaturas de fusão e de ebulição.
São geralmente insolúveis em solventes polares.
Não são condutores de corrente elétrica, com exceção do grafite.

Ligação metálica

Os metais apresentam baixa energia de ionização e alta eletropositividade, ou seja, grande facilidade em perder elétrons da camada de valência. Assim, na ligação metálica, os átomos perdem elétrons dessa, formando cátions.

Forma-se uma quantidade muito grande de cátions envolvidos por uma quantidade enorme de elétrons livres. Dizemos que os cátions estão envolvidos por um "mar de elétrons".

A ligação metálica ocorre pela atração elétrica entre os cátions (íons positivos) e os elétrons livres. Esta atração é muito intensa, o que garante o estado sólido dos metais nas condições ambiente, exceto no caso do mercúrio, o único metal líquido.

O aglomerado organizado de cátions que se forma na ligação metálica é chamado de retículo cristalino metálico.A ligação metálica é a ligação química entre os átomos de metais. Qualquer porção de metal é formada por um número enorme de átomos dispostos de maneira organizada.

Os compostos formados por ligações metálicas tem algumas características como:

Boa condutibilidade elétrica e térmica;
Maleabilidade;
Ductibilidade (grau de deformação que um material suporta até o momento de sua fratura);
Altos pontos de fusão e ebulição;
Resistência à tração;
Brilho metálico.