Unidade 9 Ligação química

Unidade 9 Ligação química

9.1 Ligação covalente

Os átomos raramente existem isolados na Natureza.

Os átomos estabelecem entre si diferentes tipos de ligações, resultando em diferentes tipos de substâncias.

Considera o exemplo de dois átomos de hidrogénio (H),que se aproximam, dando origem à molécula de hidrogénio (H2):

H H

Quando os dois átomos estão afastados um do outro, apresentam nuvens eletrónicas independentes.

Átomo de hidrogénioe respetiva nuvem eletrónica.

Átomo de hidrogénioe respetiva nuvem eletrónica.

Considera o exemplo de dois átomos de hidrogénio (H), que se aproximam, dando origem à molécula de hidrogénio (H2):

H H

Quando os átomos se aproximam e interagem entre si, começam a surgir forças de dois tipos:

atrativas (entre cargas opostas) entre núcleo e eletrão do átomo vizinho⟶ ;

Forças atrativas(entre núcleo e eletrão do átomo vizinho)

Forças atrativas(entre núcleo e eletrão do átomo vizinho)

Considera o exemplo de dois átomos de hidrogénio (H), que se aproximam, dando origem à molécula de hidrogénio (H2):

H H

Quando os átomos se aproximam e interagem entre si, começam a surgir forças de dois tipos:

atrativas (entre cargas opostas) entre núcleo e eletrão do átomo vizinho⟶ ;

repulsivas (entre cargas iguais) entre os ⟶eletrões;

⟶ entre os dois núcleos atómicos;

Forças repulsivas

(entre ambos os núcleos)

Forças repulsivas

(entre os eletrões)

Considera o exemplo de dois átomos de hidrogénio (H), que se aproximam, dando origem à molécula de hidrogénio (H2):

H H

Quando ocorre um equilíbrio entre as forças repulsivas e atrativas, os átomos estabelecem ligação.

Cada átomo partilha o eletrão de valência e, assim, cada núcleo atrai dois eletrões.

A partilha de eletrões diminui a energia e estabiliza o sistema — forma-se uma ligação covalente.

Distância internuclear de equilíbrio

(os átomos encontram-se ligados)

No gráfico seguinte encontra-se representada a energiado sistema em função da distância entre os átomos:

A aproximação leva os eletrões a sentir a atração do núcleo do átomo vizinho.

Há predominância das forças atrativas.

A energia potencial do sistema é mínima (–436 kJ mol–1) para uma distância de 74pm — comprimento de ligação.

A estabilidade do sistema é máxima. Há uma ligação covalente que une os átomos.

Há um equilíbrio entre as forças atrativas e as forças repulsivas.

À medida que os dois átomos se aproximam, a energia potencial do sistema diminui.

A energia potencial aumenta e o sistema deixa

de ser estável.

Há predominância das forças repulsivas.

2H Quando os átomos estão muito afastados, não há qualquer interação entre eles.

H2

Numa ligação covalente, os átomos envolvidospartilham eletrões para se tornarem mais estáveis.

A ligação entre os átomos só ocorre se a molécula formada for mais estável do que os átomos separados.

Dois átomos partilham eletrões,originando uma molécula.

Um conjunto de átomos partilha eletrões entre si,originando uma rede de átomos.

Consoante o número de pares de eletrões partilhados, a ligação pode ser:

covalente simples (partilha de 1 par de eletrões); covalente dupla (partilha de 2 pares de eletrões);

covalente tripla (partilha de 3 pares de eletrões).

Quanto maior é o número de pares de eletrões partilhados, maior é a força de ligação entre os átomos e menor é o comprimento de ligação.

Notação de Lewis

Em 1916, Gilbert Lewis propôs uma notação para simplificar a representação de átomos e moléculas.

Gilbert Lewis(1875-1946)

Físico e químico americano conhecido pelo seu contributopara o estudo da ligação química.

Na notação de Lewis, os átomos são representadosda seguinte forma:

Elemento Número de eletrões de valência Notação de Lewis

1H 1 eletrão de valência H

7N 5 eletrões de valência N

10Ne 8 eletrões de valência Ne

12Mg 2 eletrões de valência Mg

Esta notação consiste em escrever o símbolo químico dos elementos e colocarà sua volta tantos pontos ou cruzes quantos os eletrões de valência existentes.

No caso das moléculas, os eletrões partilhados são colocadosentre os símbolos químicos dos átomos que estabelecem a partilha.

Regra do octeto

Os átomos têm tendência para formar ligações de modoa ficarem rodeados por oito eletrões de valência.

Verifica-se que muitos dos átomos têm tendência para formarligações de modo a ficarem rodeados por oito eletrões de valência.

São exceções a esta regra, por exemplo, os átomos de hidrogénio (H) e boro (B).

A ligação covalente entre os átomos de hidrogénio pode ser representada em notação de Lewis da seguinte forma:

H H1. Representam-se os dois átomos de hidrogénio (H) da molécula, utilizando-se o respetivo símbolo químico.

2. Representam-se por pontos ( ) ou cruzes ( x ) os eletrões de valência de cada átomo em torno do respetivo núcleo.

x

3. Unem-se os eletrões por um traço, que indica que os átomos estão agora ligados por ligação covalente, formando uma molécula de hidrogénio (H2).

Molécula de H2

em notação de Lewis.

Ligação covalente

É possível representar outras moléculas diatómicas em notação de Lewis, como a molécula de flúor (F2):

F F1. Representam-se os dois átomos de flúor (F) da molécula, utilizando-se o respetivo símbolo químico.

x

3. Cada átomo de flúor deve partilhar um eletrão para ficar com o último nível de energia totalmente preenchido (com 8 eletrões), de acordo com a regra do octeto.

Molécula de F2

em notação de Lewis

x x

x x

xx

4. Unem-se os pares de eletrões que não participam na ligação.

2. Representam-se por pontos ( • ) ou cruzes ( x ) os eletrões de valência de cada átomo em torno do respetivo núcleo.

9F – 2:7Ligação covalente

É possível representar outras moléculas diatómicasem notação de Lewis, como a molécula de flúor (F2):

F FMolécula de F2

em notação de Lewis

9F – 2:7

Cada átomo de flúor fica com 8 eletrões de valência, dos quais 2 são partilhados com o átomo vizinho.

Como os dois átomos apenas partilham um par de eletrões, diz-se que a ligação é covalente simples.

Ligação covalente

simples

Considera agora o caso da molécula de oxigénio (O2):

O OMolécula de O2

em notação de Lewis

x

x

x

x8O – 2:6

O átomo de oxigénio só tem 6 eletrões de valência, necessitando de 8 para permanecer estável.

Cada átomo de oxigénio partilha 2 eletrões com o átomo vizinho.

Estabelece-se uma ligação covalente dupla e cada átomo de oxigénio fica com 8 eletrões de valência,dos quais 4 são partilhados com o átomo vizinho.

xx

Ligação covalentedupla

xx

x

No caso da molécula de nitrogénio (N2):

N NMolécula de N2

em notação de Lewis

x

x

Ligação covalentetripla

8N – 2:5

O átomo de nitrogénio só tem 5 eletrões de valência, necessitando de 8 para permanecer estável.

Cada átomo de nitrogénio partilha 3 eletrões com o átomo vizinho.

Estabelece-se uma ligação covalente tripla e cada átomo de oxigénio fica com 8 eletrões de valência,dos quais 6 são partilhados com o átomo vizinho.

A notação de Lewis é também útil para prever a formação de ligaçõesem moléculas poliatómicas, como a molécula de água (H2O):

H HOx x

x x

x x

1H – 1

Cada átomo de hidrogénio tem 1 eletrão de valência, necessitando de 2 para preencher o último nível de energia.

8O – 2:6

O átomo de oxigénio só tem 6 eletrões de valência, necessitando de 8 para permanecer estável.

A notação de Lewis é também útil para prever a formação de ligaçõesem moléculas poliatómicas, como a molécula de água (H2O):

H HO

1H – 1

8O – 2:6x x

x x

x x

Cada átomo de hidrogénio partilha 1 eletrão, enquanto o átomo de oxigénio necessita de partilhar 2 eletrões.

O átomo de oxigénio estabelece uma ligação covalente simples com cada átomo de hidrogénio.

Ligação covalente

simples

Ligação covalentesimples

H HH

NNo caso da molécula de amoníaco (NH3):

x x x

x x

1H – 1

Cada átomo de hidrogénio tem 1 eletrão de valência, necessitando de 2 para preencher o último nível de energia.

7N – 2:5

O átomo de nitrogénio só tem 5 eletrões de valência, necessitando de 8 para permanecer estável.

No caso da molécula de amoníaco (NH3):

H H1H – 1

7N – 2:5

Cada átomo de hidrogénio partilha 1 eletrão, enquanto o átomo de nitrogénio necessita de partilhar 3 eletrões.

O átomo de nitrogénio estabelece uma ligação covalente simples com cada átomo de hidrogénio.

H

Nx x x

x x

Ligação co

valente

simples

CO O

No caso da molécula de dióxido de carbono (CO2):

6C – 2:4

Cada átomo de carbono tem 4 eletrões de valência, podendo estabelecer 4 ligações.

8O – 2:6

Cada átomo de oxigénio tem 6 eletrões de valência, podendo estabelecer 2 ligações.

xx

xx

No caso da molécula de dióxido de carbono (CO2):

6C – 2:4

8O – 2:6

O átomo de carbono, como pode efetuar 4 ligações, é o átomo central, ligando-se aos dois átomos de oxigénio.

O átomo de carbono estabelece ligações covalentes duplas com os átomos de oxigénio.

CO Oxx

xx

Ligação covalentedupla

Ligação covalentedupla

No caso da molécula de metano (CH4):

1H – 1

Cada átomo de carbono tem 4 eletrões de valência, podendo estabelecer 4 ligações.

6C – 2:4

Cada átomo de hidrogénio tem 1 eletrão de valência, podendo estabelecer 1 ligação.

x

x

x

xCH

H H

H

x

x

x

x

No caso da molécula de metano (CH4):

1H – 1

6C – 2:4

O átomo de carbono, como pode efetuar 4 ligações, é o átomo central, ligando-se a quatro átomos de hidrogénio.

O átomo de carbono estabelece ligações covalentes simples com os átomos de hidrogénio.

CH

H H

HLigação covalente

simples

Conclusão

A ligação covalente é a ligação que envolve a partilha dos eletrões por parte dos átomos.

A notação de Lewis é útil para prever a formação de ligações covalentes em moléculas diatómicas e poliatómicas.

Consoante o número de eletrões partilhados entre dois átomos, a ligação covalente pode ser simples, dupla ou tripla.