Aulas 12 e 13 - Ligações Químicas Em nossas

Aulas 12 e 13 - Ligações Químicas
Em nossas aulas anteriores verificamos que os elementos químicos da
tabela periódica podem existir na natureza tanto sozinhos como combinados.
Essas combinações que os elementos podem fazer entre si chamamos de
ligações químicas.
LIGAÇÕES QUÍMICAS
Sabemos que as substâncias são
formadas através de combinações entre elementos
químicos e para compreendermos corretamente
esses novo conteúdo iremos classificar algumas
substâncias de acordo com a sua condutividade
elétrica.
Nota: condutividade elétrica é a capacidade
de conduzir a corrente elétrica.
Observe na tabela 1 algumas características de algumas substâncias.
Tabela 1 - Substâncias diferentes suas propriedades
Substância
Ponto de Fusão (ºC) Conduz corrente no
estado sólido?
Cloreto de Lítio
614
Não
Cloreto de Cálcio
782
Não
Cloreto de Sódio
801
Não
Brometo de Potássio
1003
Não
Óxido de Alumínio
2015
Não
Óxido de Magnésio
2800
Não
Álcool Etílico
-117
Não
Cloro
-101
Não
Água
0
Não
Naftalina
80
Não
Iodo
114
Não
Glicose
142
Não
Alumínio
660
Sim
Prata
962
Sim
Ouro
1064
Sim
Cobre
1535
Sim
Platina
1772
Sim
Conduz corrente no
estado líquido?
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Não
Não
Não
Não
Não
Não
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Observando a tabela 1 verificamos que as substâncias se agrupam em
três grupos com comportamentos distintos. Podemos, portanto, classificalas em grupos:



Primeiro Grupo – Cloreto de Lítio, Cloreto de Cálcio, Cloreto de
Sódio, Brometo de potássio, óxido de alumínio e óxido de
magnésio. Tais substâncias conduzem a corrente elétrica no
estado líquido mas não no estado sólido.
Segundo Grupo – Álcool etílico, cloro, água, naftalina, iodo e
glicose. Essas substâncias não conduzem eletricidade no estado
líquido e nem no sólido. Elas também se destacam por apresentar
pontos de fusão mais baixos que as demais da tabela.
Terceiro Grupo – Alumínio, Prata, ouro, cobre, ferro e platina.
Quanto ao PF, essas substâncias são razoavelmente comparáveis
ao primeiro grupo. Entretanto, conduzem eletricidade tanto no
estado líquido quanto o sólido.
Ao longo dessa leitura você deve compreender as diferenças e
semelhanças observadas nas características dos diferentes grupos de
substâncias.
O MODELO DO OCTETO
Desde o século XIX os cientistas sabem que os átomos da maioria dos
elementos químicos não apresentam existência isolada. Assim, por exemplo,
átomos de oxigênio podem ser encontrados combinados com outros iguais a ele
(O2, O3) ou com átomos de outros elementos, formando diferentes substâncias
(CO, CO2, H2O, SO2, SO3, etc). Os átomos de oxigênio (O), portanto, não
possuem existência isolada.
Com isso, verificou-se que apenas os Gases Nobres (He, Ne, Ar, Kr, Xe,
Rn), nas condições ambientes, apresentam átomos estáveis isolados, isto é,
não unidos a outros átomos.
Assim, para entender como funcionam as ligações entre os átomos,
comecemos analisando a eletrosfera dos gases nobres (tabela 2), já que eles
parecem ser a chave para compreender essa questão.
Tabela 2 - Distribuição dos elétrons nas camadas dos gases nobres
Gás Nobre
Hélio
Neônio
Argônio
Criptônio
Xenônio
Radônio
K
2
2
2
2
2
2
L
M
N
O
P
8
8
8
8
8
8
18
18
18
8
18
32
8
18
8
Ao contrário de todos os outros elementos, os gases nobres apresentam
a última camada contendo 8 elétrons, com exceção do hélio na qual a última
camada só comporta 2. Tudo indica, portanto, que possuir uma eletrosfera igual
à de um gás nobre faz com que o átomo fique estável.
Com raciocínio semelhante a esse, William Kossel e Gilbert Newton Lewis
propuseram, independentemente, no ano de 1916, uma teoria para explicar a
ligação entre os átomos, que ficou conhecida como modelo do octeto de elétrons
(ou, simplesmente, regra do octeto). De acordo com esse modelo:
Um átomo estará estável quando sua última camada possuir 8 elétrons (ou 2,
caso se trate da camada K). Os átomos não estáveis se unem uns aos outros
a fim de adquirir essa configuração de estabilidade.
Com isso, temos essencialmente 3 tipos de ligações:



Ligações Iônicas
Ligações Covalentes ou Moleculares
Ligações Metálicas
Para que você compreenda cada um desses com clareza,
explicaremos essas separadamente.
Ligações Iônicas.
São aquelas substâncias formadas por ligações entre metais e
ametais. Por exemplo, as substâncias do primeiro grupo apresentadas
na tabela 1. Veja essas novamente na tabela 3.
Tabela 3 - Algumas substâncias iônicas e suas propriedades
Substância
Ponto de Fusão Conduz corrente Conduz corrente
(ºC)
no estado sólido? no
estado
líquido?
Cloreto de Lítio
614
Não
Sim
Cloreto de Cálcio 782
Não
Sim
Cloreto de Sódio
801
Não
Sim
Brometo
de 1003
Não
Sim
Potássio
Óxido de Alumínio 2015
Não
Sim
Óxido
de 2800
Não
Sim
Magnésio
As substâncias iônicas apresentam elevados pontos de fusão e de
ebulição, conduzem corrente elétrica no estado líquido, mas não no estado
sólido.
Como você pode perceber, todos os compostos que aparecem na tabela
3 apresentam em sua composição um metal (Na, K, Ca, Mg, Al, etc) e um ametal
(F, Cl, Br, O, etc.). Isso conduziu os químicos a tentarem associar tal fato às
propriedades desses compostos.
Em nossas aulas passadas, verificamos que os elétrons da última camada
dos metais estão pouco “presos” ao átomo, podendo ser perdidos com facilidade.
Desse modo, metais formam cátions com facilidade. Por sua vez os ametais
possuem os elétrons de sua última camada bem “presos” no átomo e
apresentam alta eletroafinidade, tendo assim tendências altas para receber
elétrons e formarem ânions.
Considerando essas propriedades, ametais e metais podem se ligar entre
si, ocorrendo a ligação de acordo com o exemplo com o NaCl abaixo.
Os elementos sódio (Z=11) e cloro (Z=17) possuem as seguintes
distribuições eletrônicas:
 1s2
K-2
11Na
2s2 2p6
L–8
3s1
M-1
 1s2
2s2 2p6 3s2 3p5
K-2 L–8
M-7
Aplicando a regra do octeto nesses compostos, verificamos que nenhum
deles é estável em seus estados fundamentais, visto que o sódio possui apenas
1 elétron em sua camada de valência e o cloro possui 7 elétrons em sua camada
de valência. Entretanto, se houver uma transferência de 1 elétron do sódio para
o sódio teremos:
17Cl
11Na
17Cl
+
 1s2
K-2
 1s2
K-2
2s2 2p6
L–8
2s2 2p6
L–8
3s0
M-0
3s2 3p6
M-8
Ou conforme a figura 1 abaixo:
Desse modo, verificamos que ambos os compostos adquirem 8 elétrons
na sua última camada, ficando assim estáveis.
Os íons Na+ e Cl- possuem cargas elétricas opostas, portanto atraem
mutuamente. Essa atração mantém os íons unidos, formando uma substância
muito conhecida, o sal de cozinha, representado pela fórmula NaCl. Tal união é
chamada de ligação iônica ou ligação eletrovalente.
Se conseguíssemos ampliar um daqueles cristais de sal presentes num
saleiro, veríamos um “amontoado” de cátions Na+ e ânions Cl-, conhecido como
retículo cristalino iônico. Veja que
apesar
de
representarmos
o
composto como NaCl, isso não
indica que há apenas um íon ao
lado do outro, mas sim a formação
de uma rede onde os íons se
distribuem, ficando os íons atraídos
entre si, conforme a figura ao lado.
O sal de cozinha é apenas um exemplo de composto iônico. De modo
geral, sempre que um elemento, que necessite doar elétrons para se estabilizar,
se unir a outro, que necessite recebe-los, a união se dará por ligação iônica.
Exemplo:
KI – Iodeto de Potássio, formado por um cátion K+ e um ânion I-;
CaO – Óxido de Cálcio (o famoso cal “virgem”), formado pelo cátion Ca2+
e um ânion O2-;
Al2O3 – Óxido de Alumínio, formado pelos cátions Al3+ e ânions O2Elétrons não são criados e nem destruídos. Assim, como você pode notar,
o total de elétrons doados deve ser igual ao total recebido. Em outras palavras,
a carga total positiva no composto formado deverá ser igual a negativa, o que o
tornará eletricamente neutro como um todo.
Todo composto iônico apresenta íons fortemente ligados devido a atração
entre cargas elétricas de sinais opostos dos cátions e ânions presentes no
retículo cristalino. Dessa forma:
Todo composto iônico é sólido, quando puro nas condições ambientes
de pressão e temperatura.
Como exemplo dessa força de atração e dos sólidos formados temos a
fluorita, mineral formado principalmente de CaF2, o Rubi e as Safiras, que
correspondem principalmente de moléculas de óxido de alumínio (Al2O3) com
alguns “impurezas” em seu interior, como íons de Cromo para o Rubi e Ferro
para a safira com coloração azul, entre outros.
Figura 1- Safira e Rubi
Figura 2 - Mineral fluorita
Em função dessa força das ligações iônicas verificamos também que
substâncias iônicas possuem elevados pontos de fusão, sendo necessária altas
taxas de energia para solubilizar essas substâncias.
E a condutividade elétrica verificada na tabela 1? Como pode ser
explicada?
A condutividade elétrica é a capacidade que algumas superfícies ou
substâncias tem de conduzir elétrons, ou seja, elétrons “passarem” sobre a
superfície desse sem ficarem retidos na eletrosfera do átomo da superfície ou da
substância, percorrendo esse fluxo de elétrons o caminho entre os átomos,
resultando em uma carga móvel.
Nas substâncias iônicas, quando no estado sólido, as cargas positivas e
negativas estão fortemente ligadas entre si. Desse modo, não há formação de
carga móvel não conduzindo eletricidade. Entretanto, quando essas substâncias
são solubilizadas em água, ocorre a solvatação dos íons pelas moléculas de
água, gerando a carga nos íons formados. Essa carga torna possível a condução
de eletricidade, visto que os elétrons poderão transitar pela eletrosfera dos íons.
Quando fundidas, substâncias iônicas também conduzem eletricidade em função
da mudança no retículo cristalino dessa substância, sendo gerada a carga móvel
e ocorrendo a condução.
LIGAÇÕES COVALENTES
No início desse capítulo mostramos, na tabela 1, exemplos de substâncias
que classificamos, na ocasião, como pertencendo a um segundo grupo.
Observando essas substâncias (Álcool etílico – CH3CH2OH; Cloro – Cl2; Água –
H2O; Naftalina – C10H8; Iodo – I2 e glicose, C6H12O6) verificamos que todas são
formadas por ametais. Com isso, podemos afirmar:
Substâncias formadas pela união de átomos de ametais (incluindo
o H) apresentam baixos pontos de fusão e ebulição e não conduzem a
corrente elétrica quando puras nos estados líquidos ou sólidos*.
A ligação entre átomos de ametais não pode ser iônica, pois como
verificamos, ametais precisam de elétrons para completar o octeto. Assim, entre
átomos de ametais, a ligação química ocorre de outro modo, chamado de ligação
covalente!
Considere um átomo de cloro. Ele não é estável isoladamente, pois possui
7 elétrons na camada de valência. Para se estabilizar, vimos que ele deve, ao
participar de uma ligação iônica, receber mais 1 elétron.
Há, entretanto, outro modo de esse átomo atingir a estabilidade. Ele pode
“compartilhar” um elétron com outro átomo que também fara o mesmo. Dessa
maneira, cada átomo passará a ter o usufruto comum do par de elétrons
compartilhado, ficando assim com o octeto completo. O resultado é uma
molécula de cloro,formada por dois átomos desse elemento.
Fórmula Eletrônica
Fórmula Estrutural
Fórmula
Molecular
Esse compartilhamento de elétrons que leva a formação de moléculas é
chamado de ligação covalente.
Observe a molécula de etanol, mais complexa que a do cloro:
Note que os elementos que compõe essa molécula são o Carbono (C), o
Oxigênio (O) e o Hidrogênio (H), sendo esses ametais. Em função desse fato
não há diferença significativa na eletronegatividade desse elementos para formar
uma ligação iônica, formando eles entre si apenas ligações covalentes. Veja, por
exemplo, a ligação entre um átomo de hidrogênio e um de carbono, representada
abaixo.
O Carbono, um elemento da família 4A, possui 4 elétrons em sua camada
de valência. Já o Hidrogênio possui apenas 1. Para ficarem estáveis, de acordo
com a teoria do octeto, o hidrogênio deve receber 1 elétron e o carbono 4
elétrons. Em função dessa busca por estabilidade, esses dois elementos
compartilham os elétrons de sua camada de valência. Note que o hidrogênio
precisa de apenas um elétron para a estabilidade, compartilhando apenas um
elétron com o carbono, conforme visto na figura acima. Entretanto, para o
carbono atingir a estabilidade ele necessita realizar mais ligações, visto que
mesmo compartilhando um elétron com o hidrogênio esse ainda permanece com
5 elétrons. Por isso, o carbono se liga aos demais elementos presentes na
molécula de etanol.
Para compreender melhor, monte em seu caderno o esquema das ligações
covalentes que existem na molécula de etanol.

Propriedades das substancias covalentes
As
substâncias
formadas
com
ligações
covalentes
podem
ser
encontradas nos três estados físicos na natureza (sólido, líquido e gasoso).
Entretanto, seus pontos de ebulição e fusão são muito mais baixos quando
comparados com os das substâncias iônicas. E quando puras essas substâncias
NÃO conduzem eletricidade.
LIGAÇÕES METÁLICAS
As ligações metálicas são características de substâncias formadas
exclusivamente por átomos de metais. Esse tipo de ligação explica algumas
propriedades apresentadas pelos metais que são diferentes das observadas em
substâncias formadas por ligações iônicas ou covalentes.
Os metais, em sua maioria, podem ser encontrados no estado sólido à
temperatura ambiente (25°C) e apresentam cor acinzentada e brilho
característico.
Assim como nas substâncias iônicas verificamos a formação de um
retículo cristalino, onde não há moléculas propriamente formadas, mas sim
átomos muito próximos e sobrepostos aos outros. Nesse caso, representamos o
retículo cristalino do metal apenas com o símbolo do elemento que o compõe,
como Fe para o ferro, Au para o ouro, entre outros. Veja os exemplos nas figuras
abaixo.
Mercúrio – Hg (O único metal líquido
Cobre - Cu
Ouro - Au
a temperatura ambiente)
Experiências com raios X levam a crer que os átomos dos metais se
organizam em uma estrutura na qual os cátions ficam agrupados fixos com um
“mar” de elétrons localizados em torno dos cátions. Esses elétrons são
provenientes da camada de valência e não são atraídos por nenhum núcleo em
particular, por isso os chamamos de deslocalizados. Para compreender melhor,
veja a figura abaixo:
Os elétrons, representados pelo símbolo negativo (-), tem a liberdade de
se moverem por toda a extensão do retículo cristalino, sendo esses responsáveis
por algumas propriedades dos metais, como:

Condutibilidade;

Elevados PF e PE.

Maleabilidade* (capacidade de serem moldados
em lâminas e chapas muito finas);

Ductibilidade* (capacidade de serem moldados
fios);
*Essas
propriedades podem
ser
explicadas
pela
sobreposição dos núcleos
positivos na formação do
retículo cristalino. Aplicandose uma pressão sobre uma
determinada região do metal,
os
átomos
dessa
irão
“escorregar” sobre os outros.
Com esse deslizamento podem
se formar as lâminas ou fios
desejados.
Observando essas propriedades podemos compreender como e por que
os metais são tão utilizados para formarem fios elétricos, recipientes que
suportem aquecimento como panelas e outros frascos, bem como as suas
diversas outras aplicações, sejam na forma de ligas (combinando dois ou mais
metais) ou com um único elemento químico.
Ficou com alguma dúvida? Mande um email para a
profª em [email protected]
Bons estudos!
Referências
SALVADOR, E.; USBERCO, J.; Conecte Química - 1º Ano - Ensino Médio. Ed. Saraiva. 2011.
PERUZZO, F.M.; DO CANTO, E.L.; Química na Abordagem do Cotidiano - Volume 1. Ed.
Moderna, 2010.