O que é ligação química?

A ligação química ocorre quando dois ou mais átomos se unem para formar uma molécula. É um princípio geral na ciência que todos os sistemas tentarão atingir seu nível mais baixo de energia, e a ligação química só ocorrerá quando uma molécula puder se formar com menos energia que seus átomos não combinados. Os três principais tipos de ligação são iônicos, covalentes e metálicos. Tudo isso envolve elétrons se movendo entre átomos de várias maneiras. Outro tipo, muito mais fraco, é a ligação de hidrogênio.

Estrutura atômica

Os átomos consistem em um núcleo contendo prótons carregados positivamente, que é cercado por um número igual de elétrons carregados negativamente. Normalmente, portanto, eles são eletricamente neutros. No entanto, um átomo pode perder ou ganhar um ou mais elétrons, dando-lhe uma carga positiva ou negativa. Quando alguém tem uma carga elétrica, é chamado de íon.

São os elétrons que estão envolvidos na ligação química. Essas partículas são organizadas em conchas que podem ser pensadas como existindo a distâncias crescentes do núcleo. Geralmente, quanto mais distantes estão as conchas, mais energia elas têm. Há um limite para o número de elétrons que podem ocupar uma concha. Por exemplo, o primeiro shell, mais interno, tem um limite de dois e o próximo shell, um limite de oito.

Na maioria dos casos, são apenas os elétrons na camada mais externa que participam da ligação. Estes são freqüentemente chamados de elétrons de valência . Como regra geral, os átomos tendem a combinar um com o outro de tal maneira que todos atingem conchas externas completas, pois essas configurações geralmente têm menos energia. Um grupo de elementos conhecidos como gases nobres - hélio, néon, argônio, criptônio, xenônio e radônio - já possui conchas externas completas e, por isso, normalmente não formam ligações químicas. Outros elementos geralmente tentam alcançar uma estrutura nobre de gás, dando, aceitando ou compartilhando elétrons com outros átomos.

Às vezes, ligações químicas são representadas por algo chamado estrutura de Lewis , em homenagem ao químico americano Gilbert N. Lewis. Em uma estrutura de Lewis, os elétrons de valência são representados por pontos fora dos símbolos químicos dos elementos de uma molécula. Eles mostram claramente onde os elétrons passaram de um átomo para outro e onde são compartilhados entre os átomos.

Ligação iônica

Esse tipo de ligação química ocorre entre metais, que liberam facilmente elétrons, e não metais, que desejam aceitá-los. O metal transfere os elétrons em seu invólucro externo incompleto para o não-metal, deixando o invólucro vazio para que o invólucro completo abaixo se torne seu novo invólucro externo. O não-metal aceita elétrons para preencher seu invólucro externo mais incompleto. Dessa maneira, ambos os átomos atingiram conchas externas completas. Isso deixa o metal com uma carga positiva e o não-metal com uma carga negativa; portanto, são íons positivos e negativos que se atraem.

Um exemplo simples é o fluoreto de sódio. O sódio tem três conchas, com um elétron de valência na parte externa. O flúor possui duas conchas, com sete elétrons na parte externa. O sódio dá seu elétron de uma valência ao átomo de flúor, de modo que o sódio agora possui duas conchas completas e uma carga positiva, enquanto o flúor possui duas conchas completas e uma carga negativa. A molécula resultante - fluoreto de sódio - apresenta dois átomos com conchas externas completas, unidas por atração elétrica.

Ligação covalente

Átomos de não-metais combinam-se compartilhando elétrons de maneira a reduzir seu nível geral de energia. Isso geralmente significa que, quando combinados, todos eles têm conchas externas completas. Para dar um exemplo simples, o hidrogênio possui apenas um elétron, em sua primeira - e única - concha, o que a deixa com falta de uma concha completa. Dois átomos de hidrogênio podem compartilhar seus elétrons para formar uma molécula na qual ambos têm uma camada externa completa.

Muitas vezes é possível prever como os átomos se combinarão com o número de elétrons que eles possuem. Por exemplo, o carbono possui seis, o que significa que possui uma primeira concha completa de dois e uma concha mais externa de quatro, deixando quatro com falta de uma concha externa completa. O oxigênio tem oito e seis na sua concha externa - duas a menos que uma concha completa. Um átomo de carbono pode combinar-se com dois átomos de oxigênio para formar dióxido de carbono, no qual o carbono compartilha seus quatro elétrons, dois com cada átomo de oxigênio, e os átomos de oxigênio, por sua vez, compartilham dois de seus elétrons com o átomo de carbono. Dessa forma, todos os três átomos têm conchas externas completas contendo oito elétrons.

Ligação metálica

Em um pedaço de metal, os elétrons de valência são mais ou menos livres para se movimentar, em vez de pertencer a átomos individuais. O metal, portanto, consiste em íons carregados positivamente cercados por elétrons móveis carregados negativamente. Os íons podem ser movidos com relativa facilidade, mas são difíceis de separar, devido à sua atração pelos elétrons. Isso explica por que os metais geralmente são fáceis de dobrar, mas difíceis de quebrar. A mobilidade dos elétrons também explica por que os metais são bons condutores de eletricidade.

Ligação de hidrogênio

Ao contrário dos exemplos acima, a ligação de hidrogênio envolve a ligação entre moléculas, e não dentro delas. Quando o hidrogênio se combina com um elemento que atrai fortemente elétrons - como flúor ou oxigênio - os elétrons são afastados do hidrogênio. Isso resulta em uma molécula com uma carga positiva geral de um lado e uma carga negativa do outro. Num líquido, os lados positivo e negativo se atraem, formando ligações entre as moléculas.

Embora essas ligações sejam muito mais fracas que as ligações iônicas, covalentes ou metálicas, elas são muito importantes. A ligação de hidrogênio ocorre na água, um composto contendo dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. Isso significa que é necessária mais energia para converter água líquida em gás do que seria o caso. Sem a ligação de hidrogênio, a água teria um ponto de ebulição muito mais baixo e não poderia existir como um líquido na Terra.