Uma das grandes razões de se estudar as ligações químicas é a capacidade de explicar as propriedades físicas, químicas e mecânicas de um material, permitindo assim a fabricação de novos materiais.
Mas afinal, o que é uma ligação química? De forma simples, uma ligação química é a junção de dois ou mais átomos. As ligações químicas são divididas em: ligação iônica, covalente e metálica.
A ligação iônica é produzida através da atração eletrostática entre íons positivos (cátions) e negativos (ânions), formando, assim, um composto iônico. Só lembrando, íons são átomos que ganharam ou perderam um ou mais elétrons. Neste tipo de ligação, ocorre a transferência de elétrons de forma definitiva.
O exemplo mais famoso de ligação iônica é o cloreto de sódio, mais conhecido como sal de cozinha. Neste composto, o sódio (Na) doa um elétron ao cloro (Cl) formando NaCl, como vocês podem ver na equação química abaixo.
Na+ + Cl- → NaCl
Na tabela periódica, os metais das famílias IA, IIA e IIIA possuem maior facilidade em perder elétrons, transformando-se assim em cátions, enquanto que os ametais das famílias VA, VIA e VIIA possuem facilidade em ganhar elétrons, transformando-se assim em ânions.
Dentre as propriedades das substâncias iônicas podemos citar:
Uma ligação covalente ocorre quando elementos não-metálicos compartilham elétrons entre si, formando assim moléculas. Um exemplo de ligação covalente é o dióxido de carbono, mais conhecido como gás carbônico (CO2), onde um átomo de carbono (C) reage com dois átomos de oxigênio (O) formando uma molécula de CO2. A equação química correspondente à formação de uma molécula de gás carbônico está mostrada a seguir:
C + 2 O → CO2
Dentre as propriedades das substâncias covalentes podemos citar:
Uma ligação metálica é a força atrativa que mantém metais unidos e pode ser explicada da seguinte forma: os materiais metálicos possuem de um a três elétrons livres na camada de valência (CV), que não estão ligados a um átomo particular no sólido. Esses elétrons podem se movimentar por todo o metal, formando um “mar de elétrons” ou uma “nuvem eletrônica”. Os núcleos atômicos e os elétrons restantes, que não se encontram na camada de valência, formam os núcleos iônicos, que possuem uma carga resultante positiva com magnitude igual à carga total dos elétrons de valência por átomo.
Dentre as propriedades dos metais podemos citar:
Todos os gases nobres, com exceção do gás hélio, apresentam oito elétrons na sua camada de valência, possuindo configuração eletrônica s²p6. A partir disso, os cientistas Gilbert N. Lewis e Walter Kossel perceberam, em 1916, que os gases nobres têm pouca tendência a se unirem entre si ou com outros átomos, devido ao número máximo de elétrons na última camada. Os cientistas concluíram então que os átomos, ao se unirem, procuram perder, ganhar ou compartilhar elétrons na última camada até atingirem a configuração eletrônica de um gás nobre. Dessa forma, foi criada a regra do octeto: um átomo é estável se possuir oito elétrons na camada de valência ou dois elétrons, se a camada de valência for a K. Para tornarem-se estáveis, os átomos ligam-se através dos elétrons de valência.
Lewis criou uma forma para ilustrar a localização dos elétrons em um átomo, na qual os elétrons são representados por meio de pontos ao redor do símbolo do elemento, como mostrado na Tabela 1. O número de elétrons disponíveis para a ligação é indicado por pontos desemparelhados. Esses símbolos são chamados de símbolos de Lewis.
A formação do composto iônico pode ser representada pela estrutura de Lewis e seu íon-fórmula. A fórmula eletrônica de Lewis representa os elementos e os elétrons da sua camada de valência, chamados de elétrons de valência, indicando-os por • ou x. Como exemplo, temos o cloreto de sódio (sal de cozinha):
Como podemos ver na fórmula acima, o número total de elétrons cedidos deve ser igual ao número total de elétrons recebido, ou seja, na formulação de um composto iônico, a carga elétrica total do(s) cátion(s) deve neutralizar a carga elétrica total do(s) ânion(s). O esquema geral de formulação se encontra abaixo:
Ax+ + By- ↔ AyBx
No caso do cloreto de sódio, temos: Na+ + Cl- ↔ NaCl
Outros exemplos: Fe+3 + O-2 ↔ Fe2O3
H+ + O-2 ↔ H2O
H+ + (SO4)-2 ↔ H2SO4
A ligação covalente, por sua vez, pode ser representada das seguintes formas:
A ligação covalente coordenada ou dativa trata-se de um par de elétrons compartilhados entre dois átomos e é representada por uma seta (→) na fórmula estrutural, como mostrado abaixo na molécula de SO2.
Alguns átomos são capazes de se estabilizar com uma quantidade de elétrons na camada de valência maior ou menor que oito. Os casos a seguir são considerados exceções à teoria do octeto:
Considere uma molécula de gás carbônico (CO2), que é o principal gás responsável pelo efeito estufa. Numa molécula desse gás, o número de elétrons compartilhados é igual a: