Resumo de ligações químicas
Por Tomás Rezende 10 min de leitura
Em 30 segundos
Átomos se ligam porque, unidos, ficam em uma situação de menor energia, mais estável, do que separados. Muitos alcançam essa estabilidade ficando com oito elétrons na camada mais externa, a regra do octeto, que tem exceções importantes. Há três tipos de ligação. Na iônica, geralmente entre metal e ametal, um átomo transfere elétrons para o outro e surgem íons de cargas opostas que se atraem em um retículo cristalino. Na covalente, entre ametais, os átomos compartilham pares de elétrons e formam moléculas. Na metálica, entre metais, os elétrons externos ficam livres entre os cátions, formando o chamado mar de elétrons. As propriedades das substâncias, como ponto de fusão e condutividade elétrica, decorrem diretamente do tipo de ligação.
Por que os átomos se ligam
Na natureza, quase nenhum elemento aparece como átomo isolado. Oxigênio forma O₂, hidrogênio forma H₂, sódio e cloro formam sal, ferro forma um bloco de metal. A exceção são os gases nobres, como hélio, neônio e argônio.
A explicação é energética: átomos ligados ficam em uma situação de menor energia do que separados, e sistemas tendem a buscar a situação de menor energia, que é a mais estável.
Os gases nobres, que já são estáveis sozinhos, têm uma característica em comum: a camada eletrônica mais externa completa, com oito elétrons, ou dois no caso do hélio. Daí nasce a regra prática mais usada no ensino médio.
A regra do octeto, e onde ela falha
Muitos átomos tendem a ganhar, perder ou compartilhar elétrons até ficar com oito elétrons na camada de valência.
Funciona muito bem para prever fórmulas de compostos comuns. Mas é uma tendência, não uma lei, e as exceções são cobradas:
- hidrogênio fica estável com dois elétrons;
- berílio e boro podem ficar com menos de oito, como no BF₃;
- elementos a partir do terceiro período, como fósforo e enxofre, podem ficar com mais de oito, como no PCl₅ e no SF₆, o que se chama de octeto expandido.
Um critério rápido para reconhecer o tipo
Antes de entrar em cada ligação, o atalho que resolve boa parte das questões:
| Elementos envolvidos | Ligação mais provável |
|---|---|
| Metal com ametal | Iônica |
| Ametal com ametal, ou ametal com hidrogênio | Covalente |
| Metal com metal | Metálica |
É uma aproximação. O critério mais fino é a diferença de eletronegatividade, que aparece mais adiante.
Ligação iônica
Acontece entre átomos com tendências opostas: um que perde elétrons com facilidade, geralmente um metal, e outro que ganha elétrons com facilidade, geralmente um ametal.
No cloreto de sódio:
- o sódio tem um elétron na camada externa e o perde, virando o cátion Na⁺;
- o cloro tem sete elétrons na camada externa e recebe um, virando o ânion Cl⁻;
- os íons de cargas opostas se atraem eletricamente.
Essa atração não forma pares isolados. Forma um retículo cristalino, uma estrutura organizada com um número enorme de íons alternados. A fórmula NaCl só indica a proporção entre eles.
Para montar a fórmula, as cargas totais precisam se cancelar. O cálcio forma Ca²⁺ e o cloro forma Cl⁻, então são necessários dois cloros para cada cálcio: CaCl₂.
Propriedades dos compostos iônicos:
- sólidos à temperatura ambiente;
- pontos de fusão e ebulição altos, porque a atração entre íons é forte;
- duros e quebradiços;
- não conduzem corrente no estado sólido, mas conduzem quando fundidos ou dissolvidos em água, porque então os íons podem se mover.
Ligação covalente
Acontece entre átomos que tendem a receber elétrons, como ametais e hidrogênio. Como nenhum dos dois cede, a saída é compartilhar pares de elétrons.
- No H₂, os dois hidrogênios compartilham um par: ligação simples.
- No O₂, os oxigênios compartilham dois pares: ligação dupla.
- No N₂, os nitrogênios compartilham três pares: ligação tripla.
O resultado são moléculas, unidades com número definido de átomos.
Há ainda a ligação covalente dativa, ou coordenada, em que os dois elétrons do par compartilhado vêm do mesmo átomo. Aparece, por exemplo, na formação do íon amônio, NH₄⁺.
Propriedades das substâncias moleculares:
- podem ser sólidas, líquidas ou gasosas à temperatura ambiente;
- em geral têm pontos de fusão e ebulição mais baixos que os compostos iônicos;
- em geral não conduzem corrente elétrica quando puras.
Existem também os sólidos covalentes, como o diamante e o quartzo, em que as ligações covalentes formam uma rede gigante. Esses têm pontos de fusão altíssimos.
Ligação metálica
Nos metais, os átomos perdem com facilidade os elétrons da camada externa. Esses elétrons não ficam presos a um átomo específico: circulam entre os cátions, formando o que se chama de mar de elétrons.
É esse modelo que explica as propriedades típicas dos metais:
- conduzem eletricidade, porque os elétrons livres se movem;
- conduzem calor com eficiência;
- são maleáveis e dúcteis, porque as camadas de cátions deslizam sem romper a ligação;
- têm brilho metálico.
Eletronegatividade e polaridade
Eletronegatividade é a tendência de um átomo de atrair para si os elétrons de uma ligação. Na tabela periódica, cresce da esquerda para a direita e de baixo para cima, com o flúor no topo.
Uma ligação covalente pode ser:
- apolar, quando os átomos têm a mesma eletronegatividade e dividem os elétrons por igual, como no H₂ e no Cl₂;
- polar, quando um átomo atrai mais, criando um polo levemente negativo e outro levemente positivo, como no HCl.
Quando a diferença de eletronegatividade é muito grande, o compartilhamento vira transferência, e a ligação passa a ser considerada iônica. É por isso que o critério de metal com ametal funciona como atalho.
Ligação polar não é o mesmo que molécula polar
Uma molécula é polar quando os efeitos de polaridade de suas ligações não se cancelam, e isso depende da forma da molécula.
| Molécula | Ligações | Geometria | Molécula |
|---|---|---|---|
| CO₂ | Polares | Linear, efeitos opostos se cancelam | Apolar |
| H₂O | Polares | Angular, efeitos não se cancelam | Polar |
| CH₄ | Pouco polares | Tetraédrica, simétrica | Apolar |
A consequência prática é uma regra muito cobrada: semelhante dissolve semelhante. Substâncias polares tendem a se dissolver em polares, e apolares em apolares. Por isso óleo e água não se misturam.
Como cair bem numa prova de ligações químicas
Comece pelos elementos. Metal, ametal ou hidrogênio já indicam o tipo provável de ligação.
Pergunte se há carga livre para se mover. É o que decide se a substância conduz corrente naquele estado.
Olhe a geometria antes de dizer que a molécula é polar. Ligações polares podem formar molécula apolar.
O que costuma cair
- A regra do octeto como tendência, com exceções como o hidrogênio, o boro e elementos que ficam com mais de oito elétrons.
- A identificação do tipo de ligação pelos elementos envolvidos: metal, ametal ou hidrogênio.
- As propriedades dos compostos iônicos, moleculares e metálicos, com destaque para a condução de corrente.
- A eletronegatividade como critério para a polaridade de uma ligação.
- A diferença entre ligação polar e molécula polar, que depende da geometria.
Onde quase todo mundo erra
Sal de cozinha conduz corrente elétrica, então o cristal de sal também conduz
Compostos iônicos só conduzem corrente quando os íons podem se mover, ou seja, fundidos ou dissolvidos em água. No estado sólido, os íons estão presos no retículo cristalino e não há carga livre para se deslocar. O sal seco não conduz; a água com sal conduz.
Se a molécula tem ligações polares, ela é polar
A polaridade da molécula depende da soma dos vetores de polaridade, e essa soma depende da geometria. No gás carbônico, as duas ligações entre carbono e oxigênio são polares, mas a molécula é linear e os dois efeitos se cancelam, então a molécula é apolar. Na água, a geometria é angular, os efeitos não se cancelam e a molécula é polar.
Todo átomo precisa ficar com oito elétrons na última camada
O octeto é uma tendência útil, não uma lei. O hidrogênio fica estável com dois elétrons. O boro, em compostos como o BF₃, fica com seis. Elementos do terceiro período em diante, como fósforo e enxofre, podem ficar com mais de oito, como no PCl₅ e no SF₆. A prova costuma cobrar justamente essas exceções.
NaCl é uma molécula formada por um sódio e um cloro
Compostos iônicos não formam moléculas. Formam um retículo cristalino com enorme número de íons alternados. A fórmula NaCl indica apenas a proporção entre eles, um para um. Por isso se fala em fórmula unitária ou íon-fórmula, e não em molécula de sal.
Ligação de hidrogênio é um tipo de ligação química como a covalente
Apesar do nome, ligação de hidrogênio é uma força intermolecular: uma atração entre moléculas diferentes, e não entre átomos dentro da mesma molécula. Acontece quando o hidrogênio está ligado a flúor, oxigênio ou nitrogênio. É bem mais fraca do que uma ligação covalente, mas forte o bastante para explicar, por exemplo, o ponto de ebulição alto da água.
Cards de revisão
6 perguntas
- Por que os átomos formam ligações?
- Porque ligados ficam em uma situação de menor energia, mais estável, do que isolados.
- Como identificar rapidamente o tipo de ligação?
- Metal com ametal costuma formar ligação iônica; ametal com ametal ou com hidrogênio, covalente; metal com metal, metálica.
- O que é eletronegatividade?
- A tendência de um átomo de atrair para si os elétrons de uma ligação. O flúor é o elemento mais eletronegativo.
- O que é ligação covalente dativa ou coordenada?
- Uma ligação covalente em que os dois elétrons do par compartilhado vêm do mesmo átomo.
- Por que metais conduzem eletricidade e são maleáveis?
- Porque seus elétrons externos ficam livres entre os cátions, podendo se mover, e as camadas de átomos deslizam sem romper a ligação.
- Que propriedades têm os compostos iônicos?
- São sólidos à temperatura ambiente, têm pontos de fusão altos, são duros e quebradiços, e conduzem corrente quando fundidos ou em solução.
Tomás Rezende
Resumos de matemática, física e química
Escreve os resumos das ciências exatas, sempre explicando o sentido de cada fórmula antes da conta. Resolve cada exemplo do zero antes de escrever sobre ele e anota em que ponto a conta costuma travar. É ali que entra a armadilha de cada resumo.