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Ligação covalente

Última atualização em 19 de agosto de 2022

Definição

Uma ligação covalente ou ligação molecular é uma ligação química entre dois átomos onde os pares de elétrons são compartilhados. As ligações covalentes formam-se entre dois átomos não metálicos e compostos não metal que possuem os mesmos valores de atração ou similares (eletronegatividade). Os pares de elétrons compartilhados em uma ligação covalente são conhecidos como pares compartilhados ou pares de ligação e aumentam a estabilidade dos átomos individuais, bem como qualquer molécula ou composto que possam se formar.

Ligações covalentes entre átomos

Átomos e moléculas compartilham ligações covalentes para que se tornem mais estáveis e menos propensas a reagir. Qualquer reação atômica requer energia e o truque é usar o mínimo possível de energia sempre que possível. Todos os átomos são compostos de elétrons, prótons e nêutrons. As partículas de prótons e nêutrons são encontradas dentro do núcleo de cada átomo e os prótons dão a essa parte do átomo uma carga positiva. Os nêutrons são neutros e não afetam a carga positiva de prótons. Uma ou mais conchas de elétrons cercam o núcleo-elas contêm elétrons carregados negativamente. As conchas de elétrons podem ser descritas como uma área semelhante à nuvem ao redor do núcleo do átomo.

A maioria dos átomos da tabela periódica é bastante estável. Eles equilibraram cargas positivas e negativas que são fornecidas por um número igual de prótons e elétrons. No entanto, esses átomos também podem ser encontrados em formas diferentes, não tão equilibradas. Os isótopos, por exemplo, são cópias próximas de elementos, mas têm muitos nêutrons. A presença de excesso de nêutrons significa que esses elementos são radioativos. O excesso de partículas deve ser liberado (radioatividade) até que um ambiente mais estável seja alcançado. Isso mostra o quão importante é para qualquer átomo se sentir equilibrado – com cargas positivas e negativas sendo o mais semelhante possível.

Os íons são átomos com poucos ou muitos elétrons. Isso perturba o equilíbrio entre prótons e elétrons e cria átomos carregados positiva ou negativamente conhecidos como íons. Exemplos de íons são Cl – e H+. Nesses exemplos, o íon cloro (Cl-) tem um excesso de elétrons, criando um íon ou ânion com carga negativa. O íon hidrogênio (H+) possui muito poucos elétrons e o maior número de prótons carregados positivamente produz um íon ou cátion com carga positiva. Um ânion de hidrogênio (H-) também é possível quando o hidrogênio captura outro elétron. Os íons não formam ligações covalentes, mas ligações iônicas. Quando você vê imagens de ligações atômicas onde é mostrada uma carga elétrica, você saberá que este não é um exemplo de ligação covalente.

O básico

As ligações covalentes dependem do número de elétrons na (s) concha (s) externa (s) de um átomo. Quantas conchas externas um elemento tem depende do número de elétrons que o átomo possui. O elemento mais simples, o hidrogênio, possui uma única concha externa porque possui apenas um elétron. O metal de sódio tem três conchas de elétrons; A primeira concha, mais próxima do núcleo, contém dois elétrons e uma segunda concha externa hospeda um elétron.

Não se preocupe, isso não é algo que você precisa memorizar para todos os elementos. Felizmente, todos os átomos precisam seguir as mesmas regras. Isso significa que a primeira concha de cada átomo pode fornecer espaço para um mínimo de um e um máximo de dois elétrons. Existem apenas dois átomos com uma única concha – hidrogênio e hélio. Esses são ótimos exemplos, pois mostram rapidamente como a tabela periódica pode nos ajudar a descobrir como um átomo reagirá. O hidrogênio é encontrado à esquerda da tabela periódica, o que nos diz que é bastante reativo – está sempre procurando outro elétron para encher sua concha. O hélio, à direita da tabela periódica, tem um conjunto completo de elétrons em sua única concha. Faz parte dos grupos de gás inerte e é muito improvável que reaja (sem ajuda) com outro átomo. Esta primeira concha-a concha mais próxima do núcleo do átomo-é mais comumente chamada de K-Shell.

A segunda concha-a casca L-oferece local para até oito elétrons. A terceira concha, não surpreendentemente chamada de M-Shell, fornece espaço para um máximo de dezoito elétrons. A quarta, quinta e sexta conchas hospedam até 32, 50 e 72 elétrons, respectivamente. Quanto maior o número de conchas, maior a energia – isso ocorre porque os elétrons externos devem viajar e orbitar muito mais longe do núcleo. Esses elétrons externos são responsáveis pela ligação, pois o núcleo carregado positivamente tem muito menos influência, além de um elétron. O diagrama abaixo nos mostra como os elétrons orbitam o átomo em quatro conchas de elétrons.

Conchas de valência

Outro ponto a lembrar é que os átomos são construídos a partir do núcleo externo; Isso significa que os elétrons devem primeiro preencher o K-Shell (mais próximo do núcleo) com dois elétrons antes que ele possa começar a preencher a concha L e assim por diante. Se você olhar para qualquer tabela periódica, verá que todo elemento tem um número atômico. O número atômico nos diz quantos prótons estão no núcleo desse elemento. O hidrogênio tem um número atômico de um. Isso nos diz que, em sua forma não iônica, o hidrogênio tem um próton. Podemos então concluir que o hidrogênio também possui um elétron. À medida que as conchas enchem de dentro para fora, esse único elétron de hidrogênio deve sentar-se em uma concha K. Elementos maiores como Krypton, com um número atômico de 36 (36 prótons e 36 elétrons), não precisam de um gênio matemático para calcular quantas conchas ele possui. Enchendo -os do núcleo para fora, podemos calcular que Krypton tem elétrons suficientes para preencher três conchas e encher parcialmente um quarto. O K-Shell tem espaço para dois elétrons, o L-Shell tem espaço para oito elétrons e a concha M tem espaço para dezoito (2 + 8 + 18) e também pode fornecer oito elétrons para completar uma quarta concha externa. A quarta ou N-shell conterá apenas oito elétrons e não o máximo 32. Isso é muito espaço vazio. É aí que entra outra lei da ciência-a regra do octeto: se um elemento tem oito elétrons em sua concha de valência, é estável (isso não se aplica, é claro, à K-shell que só tem espaço para dois elétrons) .

A concha mais externa de qualquer átomo é chamada de concha de valência e é nessa concha que toda a ligação ocorre. Chamamos a capacidade de um elemento de reagir com outro de sua valência. Quando uma concha de valência tem menos de oito elétrons, o átomo tenta alterar a situação através da ligação.

O ponto final que precisa ser entendido é como sabemos se um elemento é reativo ou não. Isso depende de sua concha de valência e, felizmente, responder a essa pergunta é muito simples graças à tabela periódica. Assim como vimos antes com hidrogênio e hélio, a tabela periódica coloca elementos em grupos muito indicativos. O hélio é encontrado no grupo 18 da tabela periódica dos elementos e esse grupo também é conhecido como grupo de gases inertes ou gases nobres. A palavra “inerte” nos diz que o hélio não é um elemento muito reativo. Também sabemos disso porque sua concha de valência contém oito elétrons (que podemos calcular se conhecemos o número atômico e o número máximo de elétrons por casca) e, como a regra do octeto nos diz, uma concha de valência com oito ou mais elétrons é estável .

O sódio, por outro lado, tem um número atômico de onze. Ele preenche a casca-K, a casca L e parte da concha M (2, 8, 1). Existe apenas um elétron em sua concha de valência, assim como o hidrogênio. Isso nos diz que o sódio é altamente instável e reagirá com os átomos que o cercam para se livrar desse elétron. Todo elemento do grupo uma das tabela periódica é altamente reativa. Um único átomo de hidrogênio raramente permanece solteiro por muito tempo. Ele se une a outra molécula de hidrogênio para produzir H2 ou reage com outros elementos. Na forma de H2, as conchas de valência covalentes compartilham o máximo ideal-dois elétrons.

Títulos covalentes e outros

A ligação covalente, a ligação iônica e as diferenças de ligação metálica são devidas às cargas elétricas e à saturação das conchas de valência de diferentes tipos de elementos e seus grupos correspondentes. A definição de uma ligação covalente é uma ligação química entre dois átomos não metálicos com carga muito semelhante. Nesse caso, os átomos próximos um do outro compartilharão um ou mais elétrons de valência (não os trocarão) e formarão uma molécula. Quantos elétrons são compartilhados entre dois átomos determinam se uma ligação covalente é uma ligação única, dupla ou tripla. Uma única ligação covalente é formada entre dois elétrons compartilhados entre dois átomos, uma ligação covalente dupla é o resultado de quatro elétrons sendo compartilhados por dois átomos e uma ligação covalente tripla – a mais forte das ligações covalentes – é formada quando seis elétrons são compartilhados entre dois átomos. Uma molécula pode ter uma mistura de ligações covalentes, e um elemento pode se unir a mais de um átomo; No entanto, as ligações covalentes lidam especificamente com dois átomos que compartilham elétrons. Os compostos covalentes podem ser encontrados em gases, líquidos e sólidos e não conduzem com eficiência eletricidade ou calor.

Quando perto um do outro, a atração do núcleo de cada átomo para os mesmos elétrons forma uma ligação. Em outras palavras, isso é menos uma troca do que um elétron de valência passando um tempo próximo à órbita de valência do outro átomo. Exemplos de ligações covalentes são di -hidrogênio (H2), água (H20), metano (CH4), cloro (CL2), nitrogênio (N2) e dióxido de carbono (CO2). Alguns desses títulos são retratados abaixo.

As ligações iônicas (ou ligações eletrovalentes) são diferentes. Eles envolvem uma ligação entre dois íons de carga oposta (positivos e negativos) que são formados quando um átomo transfere elétrons para o outro. Lembre -se de que as ligações covalentes compartilham elétrons. Isso é uma diferença importante. Na ligação iônica, um átomo doa elétrons extras para esvaziar sua concha de valência atual (se contendo menos de oito elétrons); O parceiro Atom aceita elétrons para ajudar a preencher sua concha de valência. É sempre importante ter em mente que os átomos estão consistentemente tentando obter uma configuração de elétrons que é o mais semelhante possível ao do grupo mais estável na tabela periódica, os gases nobres.

Nas ligações iônicas, um íon é um metal, o outro não metal. Você também deve estar ciente de que os íons negativos se ligam a íons positivos e vice -versa. Por exemplo, os íons de sódio com carga positiva se ligam a íons de cloreto de carga negativa para produzir uma molécula de sal (Na-Cl) carregada por neutralmente. Os íons de lítio (L+) formam ligações iônicas com íons de brometo (Br-) para formar brometo de lítio com carga neutra (Li-BR).

Os metais são encontrados nos primeiros grupos da tabela periódica e isso indica uma falta de elétrons na concha de valência. É muito mais fácil e mais eficiente em termos de energia doar baixo número de elétrons e depender da estabilidade da concha por baixo do que usar energia para adicionar sete, seis ou cinco elétrons extras a uma concha de valência quase vazia. Por outro lado, os não metais aparecem muito tarde na tabela periódica e geralmente possuem seis ou sete elétrons de concha externa; Isso significa que os íons não metal têm muito mais probabilidade de receber elétrons para formar uma concha externa completa, pois isso requer o menor gasto de energia.

O terceiro tipo de ligação atômica é a ligação metálica. Esta é uma série de ligações formadas entre múltiplos átomos de metal-não íons metálicos-e é caracterizada pelo compartilhamento de elétrons da concha de valência entre mais de um átomo de metal vizinho. Esses múltiplos átomos de metal formam uma estrutura semelhante à treliça, cercada por elétrons. Esses elétrons livres não são fixados em uma órbita única em um único átomo, mas não são localizados. Normalmente, as cargas positivas dos vários núcleos de átomos metálicos se repeliriam; No entanto, a nuvem de elétrons com carga negativa (elétrons de condução) com carga negativa circundante mantém esses núcleos metálicos em estreita formação. São os elétrons de condução que dão aos metais suas propriedades de condutividade térmica e elétrica alta.

Para obter mais informações sobre os diferentes tipos de títulos, dê uma olhada neste resumo.

Como os grupos de tabela periódicos ajudam?

Saber o que os átomos são metal, metalóide ou não-metal e estar ciente quando um átomo está em sua forma iônica facilita a compreensão e o reconhecimento de outros tipos covalentes e outros de ligação atômica.

A tabela periódica é dividida em grupos (ou famílias) e categorias. As sete linhas horizontais são conhecidas como períodos. As linhas verticais criam dezoito colunas. Essas dezoito colunas são divididas nos grupos I através de VIII (A e B). Olhar para os períodos da tabela periódica não ajuda muito a determinar um tipo de vínculo. É o grupo que nos dá mais pistas.

Os grupos tendem a ter características semelhantes; Eles formam famílias que se comportam e parecem uma maneira específica. No entanto, essas categorias também nos fornecem algumas informações adicionais. Existem oito grupos como mostrado abaixo.

Na imagem, você notará imediatamente que o hidrogênio parece estar no lugar errado. Não é um metal alcalino (é um gás), mas está listado no grupo um. Isso ocorre porque os grupos nos dizem quantos elétrons de valência um elemento tem. O grupo um elementos ou átomos têm um elétron de valência. Os membros do Grupo Dois têm dois elétrons de valência. Se você está olhando para a mesa periódica e franzindo a testa, é provavelmente porque você não está olhando para os algarismos romanos para VIIIa; Estes são os números de grupo. Os metais do grupo B (em amarelo) são chamados de metais de transição.

A tabela periódica também é útil ao considerar ligações covalentes não polar e polares que descrevem ligações covalentes entre átomos semelhantes e não tão semelhantes, respectivamente. Se dois átomos forem diferentes, as chances são altas, uma delas terá menos conchas de elétrons. A concha de valência desse átomo estará mais próxima do núcleo do átomo e ligeiramente mais forte que a concha de valência de um átomo maior. Os átomos compartilhados passarão mais tempo nas órbitas do átomo mais forte. Isso descreve a eletronegatividade de um elemento. Na tabela periódica, quanto mais à direita você viaja, maior a eletronegatividade. Quanto mais abaixo você viaja, menor a negatividade.

Ligações covalentes e hidrogênio

As ligações covalentes e o hidrogênio andam de mãos dadas. É sempre mais fácil usar o hidrogênio se você deseja manter a ligação covalente simples. O hidrogênio tem número um atômico. Já sabemos que esse número indica um núcleo com um próton e podemos supor que o hidrogênio também possui um elétron. Com uma carga negativa (elétron) e uma carga positiva (próton), o hidrogênio da tabela periódica é um átomo neutro, não um íon. É um gás, não um metal. O hidrogênio é, portanto, um candidato à ligação covalente.

Como já vimos, o hidrogênio não permanece solteiro por muito tempo e está sempre pronto para encontrar um parceiro. Isso ocorre porque sua única concha tem um átomo onde há lugar para dois. H2 é um gás que se forma quando dois átomos de hidrogênio se ligam por meio de uma ligação covalente. Também é conhecido como di -hidrogênio ou hidrogênio molecular. Uma única molécula de H2 contém dois prótons e dois elétrons. É a forma mais comum de hidrogênio porque é extremamente estável. O que pode ser confuso é o termo ligação de hidrogênio. Esta não é uma ligação covalente e não descreve h2, mas ligações específicas entre um átomo de hidrogênio e fluorina, oxigênio ou nitrogênio. Não analisaremos as ligações de hidrogênio aqui, apenas as covalentes.

As moléculas de di -hidrogênio se formam quando dois átomos de H colidem. Como os K-shells de ambos os átomos hospedam apenas um único elétron, se cada átomo compartilhar um elétron e emprestar outro, ambos apreciarão a estabilidade de uma concha completa de valência. Para formar uma ligação covalente, um elemento pode não estar em sua forma iônica, deve ser um metal não metálico ou de transição e deve ser semelhante em forma e carga ao seu novo parceiro. Além disso, os átomos não metálicos devem ser parcialmente instáveis; Gases nobres com conchas de valência total quase nunca formam moléculas ou têm formas iônicas.

Somente quando dois átomos do mesmo elemento formarem uma ligação covalente, seus elétrons serão igualmente compartilhados. Se os elementos diferentes compartilharem elétrons através da ligação covalente, os elétrons de um átomo terão maior eletronegatividade (potência de tração mais alta), graças ao núcleo do átomo de distância mais próximo aos elétrons circundantes. Quanto mais próxima uma concha de valência estiver do núcleo, maior sua eletronegatividade. Quando um átomo forma uma ligação com um átomo de um tipo diferente, o resultado é uma ligação covalente polar. Onde os níveis de eletronegatividade são os mesmos, serão formadas ligações covalentes não polares. Você pode encontrar artigos separados para esses tipos de títulos que os descrevem em detalhes. Como alternativa, este artigo fornece um breve resumo que analisa como a presença de eletronegatividade pode determinar o tipo de ligação covalente.

Questionário

1. O di -hidrogênio é formado por que tipo de vínculo?

2. Olhe para a tabela periódica. Que tipo de vínculo o iodeto de potássio tem?

3. O radônio possui um número atômico de 86 e é encontrado no grupo 18 da tabela periódica. Qual das seguintes afirmações é falsa?

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Bibliografia

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Michael D, Mingos P, ed. (2016). “O vínculo químico: 100 anos e ficando mais forte”. Suíça, Springer International Publishing. Bent, H A. (2011). “Moléculas e a ligação química”. Bloomington, Trafford Publishing. Lodish H, Berk A, Zipursky SL, et al. (2000). “Biologia celular molecular. 4ª edição ”. Nova York: W. H. Freeman; Seção 2.1, ligações covalentes. Retirado de: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/nbk21595/

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