Tipos de Ligações Químicas

A ideia de ligação entre os átomos é tão antiga como a própria ideia de átomo. O filósofo da antiga Grécia, Epicuro, já imaginava os átomos ligando-se através de ganchos e outros artifícios mecânicos. Só no século passado é que a ideia de ligação química foi associada à capacidade de ligação de um átomo, principalmente por Couper (1864) e Kekulé (1865). Mas afinal, por que os átomos se ligam?

A primeira explicação para isso foi formulada, independentemente, por Lewis e Kössel. Em suma propunham a Teoria do Octeto. Basearam-se nas configurações eletrônicas dos gases nobres. Os gases nobres são muito pouco reativos, pois se encontram naturalmente estáveis. Isto porque os gases nobres apresentam:

• Alta energia de ionização
• Baixa eletropositividade

O que lhes confere baixa tendência de perder elétrons.

• Nenhuma eletronegatividade
• Nenhuma afinidade eletrônica

O que garante ser nula a “vontade” de ganhar elétrons.

Teoria do Octeto

Um átomo, para alcançar a estabilidade, adquire a configuração eletrônica igual à de um gás nobre, ou seja, com 8 elétrons na camada de valência, ou igual à do He, com distribuição igual a 1s²  (2 elétrons na camada K).

Os átomos ligam-se para obterem 8 elétrons na camada de valência (ou completarem a última camada).

Portanto, um átomo para ficar estável (alcançar a estabilidade) ganha, perde ou compartilha elétrons. Nesse processo, surgem as ligações químicas.

Classificamos as ligações em três tipos:

• ligação iônica
• ligação covalente
• ligação metálica

Observação:

A Teoria do Octeto explica a formação de várias substâncias, mas apenas quando envolvem os elementos representativos (famílias A da Tabela Periódica). Os elementos de transição (famílias B), na maioria dos casos, não obedecem à Teoria do Octeto.

Ligação Iônica

A ligação iônica ocorre entre átomos que apresentam baixa energia de ionização e alta eletropositividade, ou seja, que apresentam grande tendência em perder elétrons (metais) e átomos de alta eletronegatividade e alta afinidade eletrônica, ou seja, que apresentam grande tendência de receber elétrons (não metais e hidrogênio).

É a ligação que ocorre quando se ligam:

O átomo do metal possui, geralmente, 1, 2 ou 3 e na camada de valência e doa-os ao não metal (ou H), obtendo, com isso, 8e^- na camada de valência. Ao ceder esses elétrons, transforma-se em cátion com carga +1, +2 ou +3, respectivamente.

O não metal possui 5, 6 ou 7 na camada de valência e recebe 3, 2, ou 1 do metal, respectivamente, obtendo 8e^- na última camada. Com isto, sua carga vai a -3, -2 ou -1, respectivamente.

Para alcançar a estabilidade, o átomo de hidrogênio (¹H 1s¹) precisa receber um elétron, adquirindo a distribuição eletrônica semelhante à do Hélio (1s²).

Exemplo

Ligação entre o sódio (Z = 11) e o cloro (Z = 17):

₁₁Na 1s² 2s² 2p⁶ (3s¹ )

metal 1 elétron na camada de valência (3s¹ )

O Na perde 1 elétron, formando cátion monovalente:

Na ⁺ 1s² 2s² 2p⁶

O átomo de Na, perdendo o elétron da camada de valência, transforma-se no cátion Na⁺, com 8 elétrons nessa camada, portanto estável.

₁₇Cl 1s² 2s² 2p⁶ (3s² 3p⁵ )

ametal 7 elétrons na camada de valência (3s² 3p⁵ )

O Cl ganha 1 elétron, formando ânion monovalente:

Cl^- 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

O átomo de Cl, recebendo 1 elétron na camada de valência, forma o ânion Cl^- , estável, com 8 elétrons nessa camada.

Fórmula do composto é Na⁺Cl^- ou NaCl

O número de elétrons perdidos pelo metal sempre é igual ao número de elétrons recebidos pelo não metal ou hidrogênio.

Portanto, no exemplo abaixo, na fórmula do composto temos dois íons de sódio e um de oxigênio.

PROPRIEDADES DOS COMPOSTOS IÔNICOS

Nas condições ambientais (T = 25^oC, P = 1atm), os compostos iônicos são sólidos devido à força de atração eletrostática entre cátions e ânions ser muito intensa. São duros e quebradiços.

Apresentam alto ponto de fusão, também devido à intensidade das forças de atração entre os íons. Para que um composto iônico passe para o estado líquido, as ligações iônicas devem romper-se e os íons separar-se; para isso, deve-se fornecer muita energia na forma de calor.

Exemplos de compostos iônicos:

NaCl    ponto de fusão = 800^oC
CaF₂    ponto de fusão = 1600^oC

Quando em solução aquosa (dissolvidos em água) ou fundidos (no estado líquido), os compostos iônicos apresentam íons livres e, por isso, conduzem corrente elétrica.

RESUMO

METAL: 1, 2 ou 3 e- na camada de valência: cede 1, 2 ou 3e-

CÁTION: +1, +2 ou +3

NÃO METAL: 5, 6 ou 7 e- na camada de valência: recebe 3, 2 ou 1e^-

ÂNION: -3, -2 ou -1

Ligação Covalente Normal

É a ligação que ocorre quando se unem:

Como todos os átomos dos elementos citados têm tendência a receber elétrons, o resultado que satisfaz a todos é o compartilhamento de elétrons, que ocorre sempre aos pares. Representação do compartilhamento entre átomos A e B:

O objetivo do compartilhamento é completar o octeto da camada de valência. Ou, no caso do hidrogênio, completar o "dueto".

Cada ligação covalente normal é formada por um elétron de cada átomo (compartilhamento de um par de elétrons); como não há ganho nem perda de elétrons, os compostos formados são eletricamente neutros, e chamados de moléculas, ou compostos moleculares.

Exemplos:

Molécula de hidrogênio (H₂)

₁H → 1s¹ → O hidrogênio, para ficar estável, precisa de 1 elétron, ou seja, ganha ou compartilha 1 elétron.

Fórmula de Lewis (eletrônica)

Fórmula estrutural de Couper (plana)

Nesse tipo de fórmula representa-se cada compartilhamento por um traço ( ).

H H

Veja a formação de algumas moléculas, a partir do número de e^- da camada de valência:

₁H : 1

₈O : 2, 6

₆C : 2, 4

₁₇Cl: 2, 8, 7

₇N : 2, 5

Ligação Covalente Dativa ou Coordenada

Como as moléculas não podem ser construídas, apenas com as regras dadas acima, desenvolveu-se o conceito da ligação covalente coordenada, ou ligação covalente dativa. Nela, os átomos que já possuem o octeto completo podem ligar-se “cedendo”  dois elétrons não compartilhados.

Representamos assim:

Exemplo

Ozônio (O₃)

Note que a ligação covalente dativa é semelhante à ligação covalente normal, já que nos dois casos está envolvido um par de elétrons.

Na ligação covalente normal o compartilhamento acontece com um elétron de cada átomo; na dativa o compartilhamento acontece com dois elétrons de um dos átomos.

Mais exemplos

Veja a formação de algumas moléculas, a partir do número de e- da camada de valência:

₁H : 1

Cl: 2, 8, 7

₈O : 2, 6

P : 2, 8, 5

₆C : 2, 4

Ligação Metálica

É a ligação química entre os átomos de metais.

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. 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.

Propriedades dos Metais

• São sólidos nas condições ambiente devido à grande força de atração elétrica entre cátions e elétrons.

• São bons condutores de corrente elétrica. O "mar de elétrons" livres é o que garante a condutividade elétrica.  

• São bons condutores de calor.

• São maleáveis.

• São dúcteis, isto é, com eles pode-se produzir fios.  

• Apresentam brilho metálico característico.

Ligas Metálicas

São misturas de elementos onde pelo menos um deles é metal. Exemplos: aço, lata, bronze, ouro-18, solda, etc.