Danilo 15 de junho de 2017 Comente! Química, Química Geral
Ligação covalente. Você sabe o que é ligação covalente?
Futuro universitário, se você entrou neste artigo, provavelmente, você não sabe o que é ligação covalente ou quer tirar alguma dúvida específica sobre este assunto.
Saiba que você chegou no lugar certo, pois compilei as principais informações, indispensáveis àqueles que prestarão vestibulares e enem, de forma a tornar o assunto didático e de fácil assimilação.
Para começar, te digo por que é importante estudar ligação covalente. Ligação covalente é conhecimento básico para outros assuntos de química, tais como:
Polaridade de ligações
Solubilidade de compostos químicos
Desta forma, para você ter sucesso nos estudos de química, e consequentemente nas provas de vestibulares e enem, sem dúvida você precisa aprender bem ligação covalente.
Neste artigo vou apresentar:
O que é ligação covalente
3 formas de representar uma ligação covalente
Ligação covalente simples, dupla e tripla
Ligação covalente sigma e ligação covalente pi
Polaridade de ligação covalente
Acompanhe-nos até o final.
1 O que é Ligação Covalente?
2 O que são Ametais?
3 Como identificar uma ligação covalente?
4 Quais as possibilidades de ligação covalente?
5 3 Formas para Representar uma ligação covalente
6 Ligação covalente simples, dupla e tripla
7 Ligação Covalente sigma e ligação covalente pi
7.1 Teoria simples e prática de ligações sigma e ligações pi
8 Polaridade da ligação covalente: Ligação polar x ligação apolar
9 Diferenças entre ligação covalente polar e Molécula Polar
Ligação covalente é união de átomos por compartilhamento de elétrons.
Como assim, Danilo?
Toda substância química é formada por átomos de elementos químicos. Esses átomos se unem através da interação entre seus elétrons da camada de Valência (camada mais externa da eletrosfera), e formam ligações químicas.
Esta interação pode ser através da transferência de elétrons, onde o átomo mais forte rouba elétrons do átomo mais fraco (o caso das ligações iônicas), ou, essa interação pode acontecer pelo compartilhamento de elétrons, no qual ambos os átomos dividem a posse dos elétrons compartilhados, ou seja, os elétrons pertencem a ambos os átomos; é o caso de ligação covalente.
Imagine a seguinte situação: você quer um carro, seu irmão também. Os seus pais compram um carro para presenteá-los. Quem ficará com a posse do carro, se vocês dois querem o carro? Vocês vão compartilhá-lo, não é mesmo?
O mesmo acontece quando dois átomos querem receber elétrons. Eles compartilham estes elétrons em uma ligação covalente.
Portanto, a condição necessária para se ter uma ligação covalente, é que ambos os átomos queiram receber elétrons, ou seja, eles devem ser AMETAIS.
O que são Ametais?
Ametais é a classificação dos elementos químicos que possuem 4 ou mais elétrons na camada de valência. Na tabela periódica, pertencem às famílias 4A, 5A, 6A, e 7A, que possuem respectivamente, 4, 5, 6 e 7, elétrons na camada de valência. Como pode ser visto na figura abaixo:
Ligação Covalente - ametais
Todos eles pretendem receber elétrons para atingirem 8 elétrons na camada de valência e se estabilizarem de acordo com a regra do octeto.
elementos da família 4A , que possuem 4 elétrons na CV, querem receber mais 4 elétrons para se estabilizarem;
elementos da família 5A , que possuem 5 elétrons na CV, querem receber mais 3 elétrons para se estabilizarem;
elementos da família 6A , que possuem 6 elétrons na CV, querem receber mais 2 elétrons para se estabilizarem;
elementos da família 7A , que possuem 7 elétrons na CV, querem receber mais 1 elétron para se estabilizar;
A única exceção é o elemento químico Hidrogênio (H), que possui 1 único elétron na camada de valência, mas pretende adquirir mais 1 elétron para estabilizar como o gás nobre hélio (He), que possui 2 elétrons na camada de valência.
Veja na tabela periódica abaixo os ametais representados pela cor lilás.
Tabela Periódica - Elementos
Como identificar uma ligação covalente?
Sabendo que a ligação covalente é aquela que há compartilhamento de elétrons entre átomos que querem receber elétrons, e que esses átomos são os ametais, para identificar uma ligação covalente, basta verificarmos se os átomos envolvidos na ligação química são AMETAIS ou Hidrogênio. Se sim, trata-se de um ligação covalente. Portanto, a ligação covalente sempre acontece entre AMETAIS ou entre o hidrogênio (H) e um AMETAL.
Veja alguns exemplos de substâncias moleculares formadas por ligações covalentes:
Ligação Covalente - substâncias moleculares
Veja que todas as substâncias acima são formadas por elementos ametálicos ou hidrogênio ( H, S, O, C, N ), desta forma as ligações químicas presentes nessas substâncias são ligações covalentes.
Quais as possibilidades de ligação covalente?
Após aprender a identificar uma ligação covalente, chegou a hora de você saber quais as possibilidades de ligação covalente entre os ametais.
Abaixo te apresento uma tabela que tirei do livro de Química dos autores Usberco e Salvador, que representam bem as possibilidades de ligação covalente para cada ametal. Visualize aqui abaixo:
Ligação Covalente - possibilidade de ligação
A coluna da direita mostra as possibilidades de ligação. Perceba que elementos da família 7A ( Halogênios: F, Cl, Br, I), com 7 elétrons na camada de valência, querem 1 elétron para se estabilizarem, assim, compartilham 1 elétron, em uma ligação simples.
Elementos da Família 6A ( Calcogênios: O, S ) com 6 elétrons na camada de valência, querem 2 elétrons para se estabilizarem, assim compartilham 2 elétrons, podendo fazer 2 ligações simples ou 1 ligação dupla.
Elementos da Família 5A ( Família do Nitrogênio: N. P), com 5 elétrons na camada de valência, querem 3 elétrons para se estabilizarem, assim, podem fazer 3 ligações simples, 1 ligação simples e 1 dupla, ou 1 ligação tripla.
Elementos da família 4A ( Família do Carbono: C), com 4 elétrons na camada de valência, querem 4 elétrons para se estabilizarem, podem fazer 4 ligações simples, 2 ligações simples e 1 ligação dupla, 2 ligações duplas, ou, 1 ligação simples e uma ligação tripla.
O hidrogênio, por sua vez, faz apenas um ligação simples.
Nos próximos tópicos deste artigo, vou te explicar o que são ligações simples, duplas e triplas. Mas antes queria te mostrar as 3 formas de representar uma ligação covalente. Confira!
3 Formas para Representar uma ligação covalente
Existem 3 formas de representar uma ligação covalente:
A fórmula estrutural,
A fórmula de lewis (fórmula eletrônica)
A fórmula molecular é a mais cobrada em provas. Aparece nos enunciados das questões e reações químicas. É aquela representação que apenas mostram os átomos presentes na molécula e suas respectivas quantidades, identificadas pelo número no canto inferior direito de cada átomo. Nos exemplos abaixo, a molécula do ácido acético possui 2 átomos de carbono (C), 4 átomos de Hidrogênio (H), 2 átomos de Oxigênio.
Ligação Covalente - Fórmulas
A fórmula estrutural, por sua vez, é aquela que parece um "esqueleto" da molécula, representada por "traços" entre os átomos, os quais representam as ligações simples, duplas e triplas. É a representação de fórmulas mais comum na química orgânica, na qual são mostradas as cadeias de carbonos ligados entre si.
A fórmula de lewis, também chamada de fórmula eletrônica, mostra os elétrons da camada de valência que participam da ligação covalente (elétrons ligantes) e os que não participam e permanecem desemparelhados (elétrons não ligantes).
Veja alguns exemplos de moléculas representadas pelas suas fórmulas de lewis ou fórmulas eletrônicas.
Ligação Covalente - Fórmula de lewis ou fórmula eletrônica
Essa representação da fórmula de lewis ou fórmula eletrônica, na qual são mostrados os elétrons ligantes e não ligantes é fundamental para o estudo dos assuntos de Geometria Molecular e Polaridade de Moléculas, isso porque a quantidade de elétrons ligantes e não ligantes, impactam diretamente na geometria molecular e polaridade das moléculas.
Para saber mais sobre geometria molecular, clique Aqui.
Após aprender as formas de representação das moléculas e suas ligações covalentes, chegou a hora de aprender as diferenças entre ligações covalentes simples, duplas e triplas.
As ligações covalentes podem ser classificadas em ligações simples, duplas ou triplas.
Ligações simples: cada átomo compartilha apenas um elétron com o outro átomo;
Exemplo: HCl
A ligação simples é representada por um traço único entre dois átomos.
No exemplo do HCl acima, o Hidrogênio possui 1 elétron na camada de valência (CV) e quer receber 1 elétron, enquanto o Cloro (Cl) possui 7 elétrons na CV e quer receber 1 elétron para se estabilizar. Como ambos querem receber a mesma quantidade de elétrons, eles vão compartilhar este elétron em uma ligação covalente.
Ligação Covalente simples exemplo
Desta forma, o elétron compartilhado passa a ser pertencente aos dois átomos. O hidrogênio passa a ter 2 elétrons, se estabilizando, enquanto o cloro passa a ter 8 elétrons, também se estabilizando. Veja a figura abaixo:
Ligações duplas: cada átomo compartilha 2 elétrons com o outro átomo;
A ligação dupla é representada com 2 traços entre dois átomos. O que significa que há compartilhamento entre 2 elétrons de cada átomo. Veja os exemplos do Gás Oxigênio (O2) e gás carbônico (CO2).
Na molécula do O2, temos 2 átomos de oxigênio (O) da família 6A, com 6 elétrons na camada de valência, afim de receber 2 elétrons para se estabilizar. Cada átomo de oxigênio quer receber 2 elétrons. Para resolver esse impasse, eles compartilham dois elétrons cada átomo, com isso cada átomo fica com o total de 8 elétrons em sua camada de valência. Veja a figura abaixo.
No caso do CO2, representado abaixo, temos o carbono (C.) da família 4A, com 4 elétrons na camada de valência, querendo receber 4 elétrons para se estabilizar. Temos também o Oxigênio (O), que como explicado acima, pretende receber 2 elétrons.
Ligação Covalente dupla -CO2
Como tanto o oxigênio, quanto o carbono, ambos ametais, querem receber elétrons, eles compartilham elétrons em ligações covalentes. Desta forma, o carbono compartilha 2 elétrons com um oxigênio, e outros 2 elétrons com o outro oxigênio. Assim, a molécula vai ficar com 1 átomo de carbono com 8 elétrons na camada de valência, e 2 átomos de oxigênio, cada um com 8 elétrons na camada de valência. Veja a figura abaixo:
Ligação tripla: há compartilhamento de 3 elétrons entre 2 átomos.
A ligação tripla é representada com 3 traços entre dois átomos. O que significa que há compartilhamento entre 3 elétrons de cada átomo. Veja os exemplos do N2 (Gás Nitrogênio) e HCN (Ácido Cianídrico):
No exemplo do Nitrogênio gasoso (N2), o átomo de nitrogênio pertence à família 5A, com 5 elétrons na camada de valência e quer receber 3 elétrons para se estabilizar. O outro átomo de nitrogênio (N) também quer receber os mesmos 3 elétrons para se estabilizar, desta forma, como ambos querem receber 3 elétrons, eles formam uma ligação covalente tripla, onde compartilham 3 pares de elétrons, ficando cada átomo com 8 elétrons na camada de valência.
No caso do Ácido Cianídrico (HCN), representado abaixo, temos o carbono (C.) com 4 elétrons na camada de valência e querendo receber 4 elétrons. O hidrogênio (H), por sua vez, quer receber 1 elétron, e o nitrogênio (N) quer receber 3 elétrons. Como todos querem receber elétrons, eles compartilharão em ligações covalentes. Desta forma, o hidrogênio compartilha 1 elétron com o carbono, e o nitrogênio compartilha 3 elétrons com o carbono. Assim, o hidrogênio fica com 2 elétrons na camada de valência, o carbono fica com 8 elétrons na camada de valência (sendo 4 do próprio carbono, 1 do hidrogênio e 3 do nitrogênio).
Ligação Covalente Tripla -HCN
Agora que você aprendeu o básico de ligações simples, duplas e triplas, vamos aprofundar um pouco para descobrir o que é uma ligação covalente sigma e ligação covalente pi.
No tópico anterior você aprendeu sobre ligações simples, duplas e triplas. Talvez você não saiba, mas essas ligações acontecem por ligações mais específicas denominadas ligações sigma ou ligações pi, bastante cobradas nos vestibulares, sobretudo em questões de química orgânica.
As ligações simples são formadas por 1 ligação covalente sigma;
As ligações duplas são formados por 1 ligação covalente sigma e 1 ligação covalente pi;
As ligações triplas são formadas por 1 ligação covalente sigma e 2 ligações covalentes pi.
Na figura abaixo eu te mostro as ligações covalentes sigma e pi.
Mas para que este assunto não fique só na memorização, preparei o material abaixo para você entender de uma vez por todas como funciona esse negócio de ligação sigma e ligação pi. Acompanhe-me até o final, tenho certeza que você vai entender este assunto.
Teoria simples e prática de ligações sigma e ligações pi
Quando você estudou Modelos Atômicos, você viu que no modelo quântico atual, os elétrons na camada de valência ficam em regiões de probabilidade chamadas orbitais. Esses orbitais podem ser do tipo s, p, d e f, definidas através da distribuição eletrônica de linus pauling. Cada um dos orbitais s, p, d e f possuem formas geométricas diferentes. Por exemplo, os orbitais "s" são esféricos, enquanto os orbitais "p" são helicoidais, como representados na figura abaixo.
Ligação Covalente - orbitais s e p
Assim, quando se faz uma distribuição eletrônica de um átomo, e obtém-se os elétrons da camada de valência, a distribuição mostra a quantidade de elétrons em cada um desses orbitais. Veja o exemplo abaixo:
Ligação Covalente - camada de valência
A distribuição eletrônica do nitrogênio (N) mostra que ele tem 5 elétrons na camada de valência ( no caso, a 2a camada), sendo 2 elétrons no orbital "s" e três elétrons em 3 orbitais "p" ( 1 no px, 1 no py e 1 no pz), como pode ser visto nos destaque em vermelho da figura acima.
Quando dois átomos de Nitrogênio se aproximam para realizarem uma ligação covalente, há uma sobreposição desses orbitais, formando a ligação.
Ligação Covalente - Ligação sigma e Ligação pi
Dependendo como é feita essa sobreposição de orbitais, formam-se ligações sigma e ligações pi.
As ligações sigma acontecem por sobreposição frontal de orbitais na mesma direção.
Ligação Covalente - ligações sigma
As ligações pi acontecem por sobreposição lateral de orbitais "p" paralelos entre si.
Ligação Covalente - ligações pi
Veja outros exemplos de ligações sigma na figura abaixo, nas ligações entre HF, F2, H2O e NH3. Perceba que a distribuição eletrônica define a quantidade de elétrons necessários para o átomo se estabilizar, bem como, se será feita ligações simples, duplas ou triplas.
Veja abaixo a representação de ligações sigma e pi simultaneamente. Perceba que as ligações sigma acontecem por sobreposição frontal, enquanto as ligações pi acontecem por sobreposição lateral.
Ligação Covalente - ligações sigma e pi
Além de entender a formação das ligações sigma e pi, é importante que você saiba as principais diferenças entre elas:
Ligação Covalente Sigma:
São mais fortes;
São as últimas ligações a se quebrarem em uma reação química;
Permitem rotação ao redor do eixo de sobreposição;
Ligação Covalente Pi:
São mais fracas que a ligações sigma;
São as primeiras ligações a se quebrarem em uma reação química;
Não permitem rotação do átomo, já que são paralelas;
OBS: essa característica da ligação pi é determinante para isomeria Cis-Trans de compostos orgânicos. Se você quer saber mais sobre Isomeria cis-trans, clique aqui.
Polaridade da ligação covalente: Ligação polar x ligação apolar
Outro assunto muito importante no estudo de ligação covalente é a polaridade de ligação.
Define-se a polaridade da ligação covalente comparando as eletronegatividades dos ametais envolvidos na ligação. Sempre que houver diferença de eletronegatividades entre os ametais participantes da ligação, haverá uma polarização da ligação.
A polarização acontece porque o ametal mais eletronegativo puxa para si os elétrons da ligação, ficando com excesso de carga negativa, e, consequentemente, polarizado negativamente.
Quer saber mais sobre eletronegatividade? Clique Aqui.
O átomo menos eletronegativo, teve seu elétron puxado pelo outro átomo, causando uma deficiência de carga negativa, ou seja, ficou mais positivo. Veja o exemplo da ligação entre o Hidrogênio (H) e o Cloro (Cl), em que o Cloro é mais eletronegativo. Veja como a ligação ficou polarizada, com excesso de cargas negativas para o lado do cloro.
Por outro lado, quando houver a ligação entre átomos de mesmo elemento químico, a igualdade de eletronegatividade dos átomos faz com que não haja atração de elétrons por um deles, o que causa uma distribuição homogênea da carga elétrica na ligação, e essa se torne apolar. Veja, abaixo, a ligação entre hidrogênios, perceba que a nuvem de elétrons permanece homogeneamente distribuída, tornando-se uma ligação apolar.
Diferenças entre ligação covalente polar e Molécula Polar
Você deve prestar muita atenção para não confundir ligação polar com molécula polar. São coisas totalmente distintas. Essa confusão é muito comum entre os alunos, mas com você não deve acontecer o mesmo.
Enquanto a primeira se refere, exclusivamente, à polaridade da ligação entre dois átomos de ametais com eletronegatividades diferentes, a última se refere à polaridade de toda a molécula. Ou seja, a polaridade da molécula é decorrente do resultado das polaridades de todas as ligações que compõem a molécula.
A polaridade da molécula só pode ser definida após saber sobre a polaridade de cada ligação, e saber qual a geometria molecular. Só após definir esses dois parâmetros é que se consegue concluir sobre a polaridade de uma molécula.
Eu preparei dois vídeos explicando geometria molecular e polaridade de moléculas. Se você tem interesse em aprender sobre estes assuntos, clique nas palavras: Geometria Molecular (link) e Polaridade de Moléculas (link).
Veja o exemplo da molécula da amônia. A amônia (NH3), é uma molécula polar, pois possui ligações covalentes polares e sua geometria molecular piramidal favorece a formação da molécula polar.
Ligação Covalente Polar e Moléculas polares
Por outro lado, veja a molécula do dióxido de carbono (CO2), também chamado de gás carbônico. Apesar das ligações serem polares, uma vez que carbono e oxigênio possuem eletronegatividades diferentes, a geometria molecular linear faz anular os dipolos elétricos de sentidos opostos, tornando a molécula apolar.
O assunto de polaridade de moléculas é importantíssimo para o estudo da solubilidade dos compostos químicos ou solubilidade dos compostos orgânicos.
Para saber mais sobre solubilidade de compostos orgânicos , clique aqui.
Chegamos ao final deste artigo sobre Ligação Covalente. Com ele você aprendeu os principais pontos de ligação covalente para estudar química e fazer uma ótima prova de vestibulares e ENEM.