Ligações químicas Notas de revisão para ENEM Química

Ligações químicas

Introdução

Os átomos têm uma tendência natural de se ligarem uns aos outros para formar diferentes substâncias químicas. Esse comportamento intrigou cientistas por muito tempo, especialmente após a descoberta dos gases nobres - elementos do grupo 18 da tabela periódica que aparecem isolados na natureza, sem se combinar com outros átomos.

A questão que surge é: por que alguns elementos são estáveis sozinhos, enquanto a maioria das substâncias químicas se forma através da união entre diferentes tipos de átomos? A resposta está no modelo do octeto.

Modelo do octeto

O modelo do octeto explica por que os átomos se ligam uns aos outros. Este modelo está relacionado à estabilidade dos gases nobres, que possuem oito elétrons na sua camada de valência (exceto o hélio, que tem apenas dois elétrons).

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A ideia principal é que um átomo se liga a outro para alcançar a estabilidade de um gás nobre, ou seja, completar oito elétrons na camada de valência. Dessa forma, a configuração eletrônica após a ligação será sempre parecida com a de um gás nobre do mesmo período.

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Exemplos de configurações eletrônicas:

Hidrogênio (H): tem 1 elétron na camada de valência
Hélio (He): tem 2 elétrons na camada de valência
Oxigênio (O): tem 6 elétrons na camada de valência
Neônio (Ne): tem 8 elétrons na camada de valência

O hidrogênio busca alcançar a configuração do hélio (2 elétrons), enquanto o oxigênio busca a configuração do neônio (8 elétrons).

Exceções ao modelo do octeto

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Alguns elementos não seguem a regra do octeto:

Boro (B): estabiliza-se com apenas 6 elétrons na camada de valência
Fósforo (P): pode ter até 10 elétrons na última camada
Berílio (Be): estabiliza-se com apenas 4 elétrons na camada de valência

Essas exceções são importantes de conhecer, pois mostram que nem todos os átomos seguem rigorosamente a regra dos 8 elétrons.

Conceito de valência

A valência de um átomo representa a quantidade de elétrons que ele pode ceder, receber ou compartilhar. Ela expressa a capacidade dos átomos de se combinarem uns com os outros de forma quantitativa.

Um elemento pode ser monovalente, bivalente, trivalente ou tetravalente. O hidrogênio, por exemplo, é monovalente, pois pode receber ou compartilhar apenas um elétron.

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A valência pode ser determinada analisando:

A camada de valência do elemento
Sua distribuição eletrônica
Sua localização na tabela periódica

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Exemplos de determinação de valência:

Nitrogênio (N): $7N$ $1s^2$ $2s^2$ $2p^3$ → é trivalente (precisa de mais 3 elétrons)
Sódio (Na): $11Na$ $1s^2$ $2s^2$ $2p^6$ $3s^1$ → é monovalente (perde 1 elétron)

Tipos de ligação

Ligação iônica

Neste tipo de ligação acontece a transferência definitiva de elétrons, caracterizada pela perda de elétrons por uma espécie e pelo ganho de elétrons por outra.

Processo	Carga	Espécie
Perde elétron	+	Cátion
Ganha elétron	-	Ânion

O valour numérico da carga é determinado pela valência de cada átomo.

A ligação se forma através da atração eletrostática entre cargas opostas de um cátion e de um ânion.

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Características principais da ligação iônica:

Ocorre principalmente entre um metal e um ametal
A diferença de eletronegatividade deve ser maior que 1,7
Os compostos iônicos têm altos pontos de fusão e ebulição
São sólidos à temperatura ambiente
Conduzem corrente elétrica quando dissolvidos em água

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Exemplo: Formação do cloreto de sódio (NaCl)

Na formação do cloreto de sódio (sal de cozinha):

O sódio perde um elétron formando o cátion $Na^+$
O cloro ganha um elétron formando o ânion $Cl^-$
A atração entre $Na^+$ e $Cl^-$ forma o composto iônico NaCl

Ligação covalente

Neste tipo de ligação ocorre o compartilhamento de pares de elétrons entre os átomos. Cada átomo contribui com um elétron para formar o par compartilhado. Com esse compartilhamento, forma-se uma molécula, não um aglomerado iônico.

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Características principais da ligação covalente:

Ocorre entre ametais e hidrogênio
A diferença de eletronegatividade é inferior a 1,7
Os compostos covalentes têm baixos pontos de fusão e ebulição
Podem estar no estado sólido, líquido ou gasoso à temperatura ambiente
Não são bons condutores de eletricidade

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Exemplo: Formação da molécula de água ( $H_2O$ )

Na formação da molécula de água:

O oxigênio possui 6 elétrons na camada de valência
Cada hidrogênio possui 1 elétron na camada de valência
O oxigênio compartilha um par de elétrons com cada átomo de hidrogênio
Forma-se a molécula $H_2O$ com ligações covalentes

A ligação covalente é representada por um traço, que indica um par de elétrons compartilhado. De forma geral, pode-se dizer que a ligação covalente ocorre entre ametais e entre ametais e hidrogênio.

Ligação covalente coordenada (ou dativa)

Este tipo de ligação acontece quando um par de elétrons é compartilhado, mas ambos os elétrons vêm de um único átomo já estabilizado. Para que este tipo de ligação ocorra, é necessária a presença de um par de elétrons livres (não ligantes).

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Exemplo: Molécula de $SO_2$

Na molécula de $SO_2$ :

O enxofre já se estabilizou ao compartilhar dois pares de elétrons com dois átomos de oxigênio
Como ainda resta um átomo de oxigênio não estabilizado
O enxofre compartilha um par inteiro com o último oxigênio através de uma ligação coordenada

A ligação covalente coordenada também é representada por um traço, mas é comum encontrá-la sendo representada por uma seta.

Ligação metálica

Os metais, por apresentarem baixa eletronegatividade, têm tendência a perder elétrons. Segundo a teoria do Mar de Elétrons, a ligação entre metais ocorre com a perda de elétrons de valência, formando um "mar de elétrons livres" que mantém os átomos metálicos sempre unidos.

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Características principais da ligação metálica:

Os elétrons apresentam elevada mobilidade
Os compostos metálicos têm características específicas como:
- Altos pontos de fusão e ebulição
- Elevada condutibilidade elétrica e térmica
- Brilho metálico

Tipos de representação

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Formas de representar compostos químicos:

Compostos iônicos:

Fórmula iônica: $MgCl_2$
Fórmula eletrônica de Lewis: mostra a transferência de elétrons

Compostos covalentes:

Fórmula molecular: $H_2O$ , $SO_4$
Fórmula eletrônica de Lewis: mostra os pares de elétrons compartilhados
Fórmula estrutural plana: mostra a disposição espacial dos átomos

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Pontos-chave para lembrar:

O modelo do octeto explica por que os átomos se ligam: para alcançar estabilidade eletrônica semelhante aos gases nobres
A valência determina quantos elétrons um átomo pode ceder, receber ou compartilhar
Ligação iônica ocorre entre metais e ametais com transferência de elétrons
Ligação covalente ocorre entre ametais com compartilhamento de elétrons
Ligação metálica forma o "mar de elétrons" que explica as propriedades dos metais

Ligações químicas (ENEM Química): Notas de revisão