Graduação
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Ligações covalentes


A ligação covalente é um conceito fundamental no campo da química. Este tipo de ligação é a maneira fundamental como os átomos se juntam para formar moléculas, sendo essencial para a estrutura de compostos orgânicos. Nesta lição, exploraremos profundamente as complexidades das ligações covalentes. Forneceremos uma explicação detalhada adequada para estudantes de graduação, usando exemplos textuais e visuais.

O que é uma ligação covalente?

A ligação covalente é um tipo de ligação química em que dois átomos compartilham um ou mais pares de elétrons. Ao compartilhar elétrons, cada átomo atinge uma configuração eletrônica mais estável, frequentemente emulando a estrutura eletrônica do gás nobre mais próximo. Este processo é o oposto da ligação iônica, onde os elétrons são transferidos de um átomo para outro.

Por que os átomos formam ligações covalentes?

Os átomos formam ligações covalentes para alcançar uma arranjo eletrônico estável. A maioria dos átomos é instável em sua forma pura porque suas camadas de elétrons externas não estão completas. Na ligação covalente, os átomos compartilham elétrons para preencher essas camadas externas, levando a estados de energia mais baixos e maior estabilidade. A regra geral é que os átomos são geralmente mais estáveis quando suas camadas externas imitam as dos gases nobres, que possuem camadas de valência completas.

Regra do octeto

A regra do octeto é uma diretriz geral que sugere que os átomos são mais estáveis quando têm oito elétrons em sua camada de valência. Muitos elementos tentam alcançar esta configuração de octeto através da formação de ligações covalentes. Embora esta regra se aplique principalmente a elementos na segunda linha da tabela periódica, existem muitas exceções entre os elementos mais pesados e os metais de transição.

Tipos de ligações covalentes

Ligações simples

Uma ligação covalente simples é formada quando dois átomos compartilham um par de elétrons. Um exemplo de ligação simples é encontrado na molécula de hidrogênio (H2). Cada átomo de hidrogênio contribui com um elétron, compartilhando-o com o outro para formar uma ligação.

H - H

Ligações duplas

Em uma ligação dupla, dois pares de elétrons são compartilhados entre os mesmos dois átomos. Um exemplo típico de uma molécula com ligação dupla é o oxigênio (O2), onde cada átomo de oxigênio compartilha seus dois elétrons.

O = O

Ligações triplas

Em uma ligação tripla, três pares de elétrons são compartilhados. A molécula de nitrogênio (N2) é um exemplo clássico, em que cada átomo de nitrogênio compartilha três elétrons com o outro.

N ≡ N

Ligações covalentes polares e apolares

Quando os elétrons são compartilhados igualmente entre dois átomos em uma ligação, é chamada de ligação covalente apolar. Isso geralmente ocorre entre átomos do mesmo elemento ou de elementos diferentes com eletronegatividades semelhantes.

Em ligações covalentes polares, os elétrons são compartilhados de forma desigual, levando a uma ligeira separação de cargas na molécula. Por exemplo, na molécula de água (H2O), o oxigênio é mais eletronegativo que o hidrogênio, portanto atrai os elétrons compartilhados de forma mais intensa.

Visualização das ligações covalentes

As ligações covalentes podem ser visualizadas por meio de várias representações, incluindo as estruturas de Lewis, que mostram o arranjo dos elétrons na molécula. As estruturas de Lewis nos ajudam a entender como os átomos compartilham elétrons e quais configurações resultam.

H - O - H (Água: H₂O)

Outra representação notável é a fórmula estrutural, que mostra o arranjo dos átomos sem os pontos dos elétrons.

Por exemplo:

H  C = C / H (Etileno: C₂H₄)

Força e comprimento da ligação covalente

A força e o comprimento de uma ligação covalente dependem de uma variedade de fatores, incluindo os tipos de átomos envolvidos e o número de pares de elétrons compartilhados. Geralmente, quanto mais elétrons compartilhados entre os átomos, mais forte e curta é a ligação. Portanto, as ligações triplas são mais fortes e curtas do que as duplas, que por sua vez são mais fortes e curtas do que as simples.

Exceções à regra do octeto

Embora a regra do octeto seja uma diretriz útil, existem muitas exceções. Por exemplo, elementos como hidrogênio e hélio são estáveis com apenas dois elétrons em sua camada de valência. Além disso, moléculas com um número ímpar de elétrons, como o óxido nítrico (NO), podem não obedecer à regra do octeto para todos os átomos.

Íons complexos e moléculas com átomos centrais do período 3 em diante podem acomodar mais de oito elétrons devido à disponibilidade dos orbitais d; pentacloreto de fósforo (PCl5) e hexafluoreto de enxofre (SF6) são bons exemplos.

Estruturas de ressonância

Às vezes, mais de uma estrutura de Lewis válida pode ser formada para uma molécula. Nesses casos, a estrutura real é um híbrido de ressonância de várias estruturas. O exemplo clássico disso é a molécula de benzeno (C6H6), que pode ser representada como:

C₆H₆: ____ /  | | | | ____/

O conceito de ressonância estabiliza a molécula deslocando os elétrons para múltiplas localizações, resultando na diminuição da energia total da molécula.

Ligação covalente coordenada

Ligações covalentes coordenadas, também chamadas de ligações dativas, ocorrem quando um átomo fornece ambos os elétrons para a ligação. Um exemplo típico disso é o íon amônio (NH4+), onde um átomo de nitrogênio doa um par de elétrons não ligantes para se ligar com um próton (H+).

Compostos covalentes

As ligações covalentes frequentemente resultam na formação de compostos covalentes ou compostos moleculares. Esses compostos têm características diferentes dos compostos iônicos. Geralmente têm baixos pontos de fusão e ebulição, são frequentemente gases ou líquidos à temperatura ambiente e não conduzem eletricidade em solução.

Conclusão

A ligação covalente é importante na formação de muitas substâncias, desde a água que bebemos até as grandes moléculas que formam nossas células. Compreender a natureza das ligações covalentes - como elas se formam, seus tipos e suas exceções - proporciona um entendimento profundo do mundo químico.

Ao longo desta exploração detalhada das ligações covalentes, usamos linguagem simples e exemplos ilustrativos para esclarecer o tópico, garantindo que seja acessível para estudantes de química de graduação que desejam compreender os fundamentos da ligação química.


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