LIGAÇÕES QUÍMICAS. Ocorre entre elétrons da CAMADA DE VALÊNCIA Portanto não ocorrem mudanças no núcleo dos átomos. Não altera a massa dos átomos. - PDF
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Vanessa de Barros Dreer
1 LIGAÇÕES QUÍMICAS 1 Ocorre entre elétrons da CAMADA DE VALÊNCIA Portanto não ocorrem mudanças no núcleo dos átomos. Não altera a massa dos átomos. Os átomos se ligam uns aos outros com a finalidade de atingir maior estabilidade (quando os átomos se agrupam, através de ligações químicas, passam para um estado de menor energia, que significa maior estabilidade). Os gases nobres são os únicos elementos que não necessitam se ligar com outros átomos pois já possuem elevada estabilidade. A estabilidade dos gases nobres é devida a suas configurações eletrônicas (sempre 8 elétrons na camada de valência, com exceção do He). Pelo fato dessa última camada já se encontrar completamente preenchida de elétrons, os gases nobres não precisam receber, doar ou compartilhar elétrons com outros átomos; portanto eles não se misturam com outros elementos da plebe, mantendo sua nobreza. Kossel e Lewis desenvolveram a idéia de que outros elementos, ao estabelecerem ligações químicas, adquiriam a configuração eletrônica de um gás nobre. Esta teoria recebeu o nome de REGRA DO OCTETO ou TEORIA DO OCTETO. Os outros elementos químicos procuram atingir a estabilidade dos gases nobres, que como já sabemos, é devida aos 8 elétrons existentes na camada de valência. Para isso, esses elementos vão se ligar a outros átomos, na tentativa de atingir uma estabilidade semelhante a dos gases nobres. EXEMPLOS: Hidrogênio aparece na natureza ligado a outro hidrogênio, na forma de molécula H 2 Também o hidrogênio aparece ligado a átomos de outros elementos, como por exemplo, com o oxigênio, formando a molécula de água H 2 O Átomo de hidrogênio nunca aparece na natureza isolado, sem estar combinado com outros átomos. O mesmo fato se verifica para o oxigênio, o carbono, o flúor, o cloro e a maioria dos elementos químicos.
2 2 RESUMO: NUMA LIGAÇÃO QUÍMICA os átomos podem receber, doar ou compartilhar elétrons entre suas camadas de valência, sempre procurando atingir 8 elétrons na última camada REGRA DO OCTETO. TIPOS DE LIGAÇÕES QUÍMICAS - Iônica - Covalente (normal e dativa) - Metálica 1) Ligação Iônica Como o próprio nome já diz, a ligação iônica ocorre com a formação de íons. 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. Ocorre entre metais e não metais e entre metais e hidrogênio. átomo com facilidade para liberar os elétrons da última camada: metal átomo com facilidade de adicionar elétrons à sua última camada: não metal Para se formar uma ligação iônica, é necessário que os átomos de um dos elementos tenham tendência a ceder elétrons e os átomos do outro elemento tenham tendência a receber elétrons. Quando os átomos de dois elementos A e B têm ambos tendência a ceder ou a receber elétrons, não pode se formar uma ligação iônica entre eles.
3 3 Os átomos com tendência a ceder elétrons apresentam um, dois ou três elétrons na camada da valência; são todos átomos de metais, com exceção dos átomos de H e He. Os átomos com tendência a receber elétrons apresentam quatro, cinco, seis e sete elétrons na camada da valência; são os átomos dos não-metais e do H. Num composto iônico, a quantidade de cargas negativas e positivas é igual. A ligação entre o sódio ( 11 Na) e o cloro ( 17 Cl) é um exemplo característico de ligação iônica. Observe a distribuição dos elétrons em camadas para os dois elementos: Na Cl Para o cloro interessa adicionar um elétron à sua última camada, completando a quantidade de oito elétrons nela. Ao sódio interessa perder o elétron de sua camada M, assim a anterior passará a ser a última, já possuindo a quantidade necessária de elétrons. Na representação da ligação, utilizamos somente os elétrons da última camada de cada átomo. A seta indica quem cede e quem recebe o elétron. Cada elétron cedido deve ser simbolizado por uma seta. Esta representação é conhecida por fórmula eletrônica ou de Lewis. O sódio possuía inicialmente 11 prótons e 11 elétrons. Após a ligação, a quantidade de prótons não se altera e a de elétrons passa a ser 10. O cloro que inicialmente possuía 17 prótons e 17 elétrons, tem sua quantidade de elétrons aumentada de uma unidade após a ligação. Com isso o sódio se torna um íon de carga 1+ e o cloro 1-. A força que mantém os dois átomos unidos é de atração elétrica, ou seja, uma ligação muito forte. Como foram utilizados um átomo de cada tipo, a fórmula do composto será NaCl.
4 4 De maneira análoga podemos observar a ligação entre o flúor ( 9 F) e o alumínio ( 13 Al). O alumínio perde os três elétrons de sua última camada, pois a penúltima já possui os oito elétrons necessários. Como o átomo de flúor possui 7 elétrons em sua última camada, precisa de apenas mais um elétron. São necessários três átomos de flúor para acomodar os três elétrons cedidos pelo alumínio. De maneira análoga ao exemplo anterior, ocorre a formação de íons positivo e negativo devido a quebra do equilíbrio entre as quantidades de prótons e elétrons nos átomos. O alumínio passa a ser um íon de carga 3+ e o fluor 1-. A fórmula do composto será AlF ) Ligação covalente simples É o tipo de ligação que ocorre quando os dois átomos precisam adicionar elétrons em suas últimas camadas. Somente o compartilhamento é que pode assegurar que que estes átomos atinjam a quantidade de elétrons necessária em suas últimas camadas. Cada um dos átomos envolvidos entra com um elétron para a formação de um par compartilhado, que a partir da formação passará a pertencer a ambos os átomos. Ocorre entre não metais e não metais, não metais e hidrogênio e entre hidrogênio e hidrogênio.
5 5 O hidrogênio possui somente uma camada contendo um único elétron, compartilhando 1 elétron, atinge a quantidade necessária para a camada K, que é de dois elétrons. Os elétrons compartilhados passam a ser contados para as eletrosferas dos dois átomos participantes da ligação. Na molécula de nitrogênio ocorrem três ligações covalentes entre os dois átomos. 7N 2-5 Estas três ligações garantem que os dois átomos de nitrogênio atinjam a quantidade de oito elétrons nas suas últimas camadas. A ligação covalente entre dois átomos iguais é dita apolar, pois nela os elétrons são compartilhados de maneira igual, nenhum dos átomos tem mais força que o outro para atrair o elétron para si. A molécula de CO 2 é formada por dois átomos de oxigênio e um de carbono unidos através de ligações covalentes. 6C 2-4 8O 2-6 O átomo de carbono compartilha 4 elétrons e cada átomo de carbono 2, garantindo assim que ambos atinjam os oito elétrons nas últimas camadas. Como a ligação é entre átomos diferentes e com diferentes eletronegatividades, a ligação é dita polar pois o átomo de oxigênio atrai para si mais fortemente os elétrons compartilhados.
6 6 Eletronegatividade de um elemento é uma medida da sua capacidade de atrair os elétrons das ligações covalentes das quais ele participa. Quanto maior for a capacidade de um átomo de atrair os elétrons das ligações covalentes das quais ele participa, maior será a sua eletronegatividade. Além da fórmula eletrônica, os compostos covalentes podem ser representados pela fórmula estrutural, onde cada par compartilhado é representado por um traço. Ex.: H - H, O = C = O. Uma ligação covalente unindo dois átomos é dita simples. O conjunto de duas ligações unindo dois átomos é dito dupla ligação. O conjunto de rês ligações unindo dois átomos é dito tripla ligação. 2.2) Ligação covalente dativa ou coordenada A existência de algumas moléculas não pode ser explicada simplesmente através da ligação covalente simples. Para estes casos foi formulada a teoria da ligação covalente coordenada. Neste tipo de ligação, um dos átomos que já estiver com última camada completa entra com os dois elétrons do par compartilhado. Este par de elétrons apresenta as mesmas características do da ligação covalente simples, a única diferença é a origem dos elétrons, que é somente um dos átomos participantes da ligação. Os elétrons do par passam a pertencer a ambos os átomos participantes. A ligação covalente coordenada é representada por uma seta que se origina no átomo doador e termina no átomo receptor. Dadas as distribuições eletrônicas em camadas para os átomos de 16 S e 8 O. S O 2-6 Compartilhando dois elétrons através de ligações covalentes simples, ambos os átomos atingem os oito elétrons na última camada.
7 7 No entanto, esta molécula ainda pode incorporar ainda um ou dois átomos de oxigênio. Tal fato só pode ser explicado se o enxofre utilizar um ou dois pares de elétrons não envolvidos em ligações para formar um ou dois pares dativos com o oxigênio. Outra molécula que não pode ser explicada somente com a ligação covalente simples é a de CO 2. O interessante desta molécula é que a ligação covalente dativa ocorre do átomo mais eletronegativo (O) para o menos eletronegativo (C). Ligação dativa ou coordenada é um par de elétrons compartilhado por dois átomos, no qual os dois elétrons são fornecidos apenas por um dos átomos participantes da ligação. Forma-se quando um dos átomos já tem o seu octeto completo e o outro ainda não. 3) Ligação metálica É o tipo de ligação que ocorre entre os átomos de metais. Os átomos dos elementos metálicos apresentam forte tendência a doarem seus elétrons de última camada. Quando muitos destes átomos estão juntos num cristal metálico, estes perdem seus elétrons da última camada. Forma-se então uma rede ordenada de íons positivos mergulhada num mar de elétrons em movimento aleatório. Se aplicarmos um campo elétrico a um metal, orientamos o movimento dos elétrons numa direção preferencial, ou seja, geramos uma corrente elétrica. A ligação metálica é constituída pelos elétrons livres que ficam entre os cátions dos metais (modelo do gás eletrônico ou do mar de elétrons). Os metais são constituídos por seus cátions mergulhados em um mar de elétrons. A ligação metálica explica a condutividade elétrica, a maleabilidade, a ductilidade e outras propriedades dos metais.