Ligação covalente

A química é o estudo fascinante da matéria e das mudanças que ela sofre. Um conceito fundamental em química é a ligação química, que é a força que mantém os átomos unidos dentro de uma molécula. Dos diferentes tipos de ligações químicas, a ligação covalente é particularmente importante. A ligação covalente envolve o compartilhamento de pares de elétrons entre átomos, permitindo que eles alcancem estabilidade. Este tipo de ligação é instrumental na formação de uma ampla variedade de compostos necessários para a vida, bem como muitas substâncias com propriedades diversas. Nesta lição detalhada, vamos nos aprofundar no conceito de ligação covalente, explorando sua natureza, propriedades e exemplos para obter uma compreensão abrangente.

Compreendendo as ligações covalentes

Ligações covalentes se formam quando dois átomos compartilham um ou mais pares de elétrons. Esse compartilhamento permite que cada átomo atinja a configuração eletrônica de um gás nobre, alcançando assim um estado mais estável. Ligações covalentes geralmente ocorrem entre átomos não metálicos que possuem eletronegatividades semelhantes. Eletronegatividade é a tendência de um átomo atrair um par compartilhado de elétrons para si mesmo. Na ligação covalente, o compartilhamento de elétrons pode ser igual ou desigual, dependendo das eletronegatividades relativas dos átomos envolvidos.

Um átomo geralmente tenta preencher sua camada de elétrons externa para se tornar estável, assim como os gases nobres têm camadas externas completas. Ao formar ligações covalentes, os átomos efetivamente combinam seus níveis de energia externos para formar uma configuração estável compartilhada, que geralmente tem oito elétrons na camada externa, conhecida como regra do octeto.

Formação de ligações covalentes

Consideremos a formação de uma ligação covalente simples entre dois átomos de hidrogênio.

H • + • H → H:H ou H—H
  

Aqui, cada átomo de hidrogênio tem um elétron. Compartilhando seus elétrons, eles formam uma única ligação covalente. Isso pode ser representado usando um par de pontos (H:H) ou uma linha única (H—H) indicando um par de elétrons compartilhados.

Tal ligação envolvendo um único par de elétrons compartilhados é chamada de ligação covalente simples. Ligações covalentes simples são o tipo mais comum e simples de ligações covalentes.

Tipos de ligações covalentes

Ligações covalentes podem ser classificadas em simples, duplas e triplas, dependendo do número de pares de elétrons compartilhados.

Ligação covalente simples

Este é o tipo mais simples de ligação covalente, envolvendo o compartilhamento de um par de elétrons. A molécula de hidrogênio, conforme mostrado acima, é um exemplo clássico de ligação covalente simples. Metano (_{CH 4}) é outro exemplo, onde o carbono forma quatro ligações covalentes simples com quatro átomos de hidrogênio.

    H
    ,
H—C—H
    ,
    H
  

Ligação covalente dupla

Ligações covalentes duplas envolvem o compartilhamento de dois pares de elétrons. Um exemplo disso é o gás oxigênio (_{O 2}), onde cada átomo de oxigênio compartilha dois elétrons com o outro para formar uma ligação dupla.

     ,
    :O=O:
     ,
  

Outro exemplo é o eteno (C 2 H 4), onde há uma ligação dupla entre os dois átomos de carbono:

HH
 ,
  C=C
 ,
HH
  

Ligação covalente tripla

Ligações covalentes triplas se formam quando três pares de elétrons são compartilhados entre dois átomos. O gás nitrogênio (_{N 2}) é um exemplo principal disso, com uma forte ligação tripla formada entre os dois átomos de nitrogênio.

     ,
    :N≡N:
     ,
  

Outro exemplo é a acetilena (C 2 H 2), que possui uma ligação tripla entre dois átomos de carbono:

H—C≡C—H
  

Características das ligações covalentes

Comprimento e energia da ligação

Comprimento da ligação refere-se à distância entre os núcleos de dois átomos covalentemente ligados. Energia da ligação, por outro lado, é uma medida da força de uma ligação covalente ou da energia necessária para quebrar a ligação. À medida que o número de pares de elétrons compartilhados aumenta, a ligação torna-se mais curta e mais forte. Portanto, ligações simples são geralmente mais longas e têm menor energia de ligação do que ligações duplas e triplas.

Por exemplo:

Ligação | Comprimento (pm) | Energia (kJ/mol)
,
C—C | 154 | 348
C=C | 134 | 614
C≡C | 120 | 839
  

Polaridade das ligações covalentes

A polaridade em ligações covalentes surge da diferença nas eletronegatividades entre os átomos ligados. Quando a diferença nas eletronegatividades entre dois átomos é significativa, os elétrons são compartilhados desigualmente, resultando em uma ligação covalente polar.

Por exemplo, o átomo de oxigênio na molécula de água (H 2 O) é mais eletronegativo do que os átomos de hidrogênio. Isso resulta em uma carga negativa parcial no átomo de oxigênio e uma carga positiva parcial em cada átomo de hidrogênio, resultando em uma ligação covalente polar.

   δ+ δ– δ+
H—O ≈≈≈ H
  

Por outro lado, se as eletronegatividades dos átomos são iguais ou quase iguais, a ligação é não polar. Um exemplo disso é a molécula de cloro (Cl 2), onde as eletronegatividades de ambos os átomos são as mesmas, levando a um compartilhamento igual de elétrons e uma ligação covalente não polar.

Compreender a polaridade é importante porque ela afeta as propriedades físicas do composto, como solubilidade e ponto de fusão/ebulição.

Exemplos visuais de ligações covalentes

Figura 1: Ligação covalente simples H—H em uma molécula de hidrogênio

Figura 2: Ligação covalente dupla O=O em uma molécula de oxigênio

Figura 3: Ligação covalente tripla N≡N em uma molécula de nitrogênio

Exemplos de compostos com ligações covalentes

Ligações covalentes são comuns em compostos orgânicos, onde átomos de carbono geralmente formam ligações covalentes com outros átomos de carbono e com hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e outros elementos. Aqui estão alguns exemplos junto com suas estruturas:

Metano (_{CH 4})

Conforme discutido anteriormente, o metano é uma molécula orgânica simples na qual um único átomo de carbono forma ligações covalentes com quatro átomos de hidrogênio.

    H
    ,
H—C—H
    ,
    H
  

Água (_{H 2 O})

Água é um exemplo clássico de uma molécula covalente polar. Ela consiste em dois átomos de hidrogênio ligados covalentemente a um átomo de oxigênio.

   H
  , 
 O
  ,
   H
  

Dióxido de carbono (_{CO 2})

Dióxido de carbono tem um átomo de carbono duplamente ligado a dois átomos de oxigênio para formar uma estrutura linear.

O=C=O
  

Amônia (_{NH 3})

Com um átomo de nitrogênio ligado covalentemente a três átomos de hidrogênio, a amônia possui uma forma piramidal trigonal.

    H
  ,
N—H
  ,
 H
  

Conclusão

Ligações covalentes são um tipo importante de ligação química que possibilita a formação de incontáveis compostos com estruturas e propriedades diversas. Ao compreender os fundamentos das ligações covalentes, incluindo como elas se formam, seus tipos e suas propriedades, obtemos uma visão do comportamento das substâncias a nível molecular. Desde a simples molécula de hidrogênio até estruturas orgânicas mais complexas, as ligações covalentes são fundamentais para nossa compreensão da química e do mundo físico. Esta exploração abrangente destaca a importância das ligações covalentes tanto na química natural quanto na sintética.

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