Química inorgânica/Introdução/Íons e a regra do octeto/Ligações químicas

A fim de se estabelizarem, os ânions se ligam aos cátions para formar compostos. Estas ligações intramoleculares são divididas em três tipos:

• Ligação iônica - é realizada entre um ametal e um metal;
• Ligação covalente - é realizada entre dois ametais;
• Ligação metálica - é realizada entre dois metais.

O fator que mais interfere nos compostos é a disponibilidade de um elemento. A Terra é composta principalmente de nitrogênio, oxigênio e carbono, existindo uma grande quantidade de compostos formados por estes elementos.

Métodos de representação

Pode-se representar um composto em quatro formas:

• Representação iônica - é ideal na ligação iônica (em alguns compostos covalentes não é muito adequada). Apresenta-se os cátions e os ânions, e a soma das cargas deve ser igual a zero;
• Método de Lewis - é ideal na ligação covalente e na iônica. Por meio de desenhos, apresenta-se as ligações eletrônicas. As bolas pretas indicam os elétrons, as setas indicam doações, e as setas duplas compartilhamentos;
• Fórmula estrutural - é parecido com o método de Lewis. No meio acadêmico, é bastante utilizada. Por meio de traços, os compartilhamentos ou doações de elétrons são representados;
• Fórmula química - apresenta os átomos que estão no complexo. O canto inferior direito do símbolo atômico é destinado a quantidade de átomos. Desta forma, o composto O₂ é formado por dois átomos de oxigênio. Quando há apenas um átomo de determinado elemento, não é obrigatório a colocação da quantidade. Deduz-se, por exemplo, que o composto H₂O tem dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. Em compostos, o cátion deve vir antes do ânion.

Ligação iônica

Como o prórpio nome sugere, é a ligação entre íons. Um ânion ametal liga-se a um cátion metal, seguindo a regra do octeto. Para isso, deve-se fazer o uso da tabela periódica: Predefinição:TabelaPeriódica

Nestes casos, os metais devem doar todos seus elétrons da camada de valência, e ao mesmo tempo, os ametais devem ficar com 8 elétrons nesta camada (exceto o hidrogênio, que necessita de 2, e o boro que precisa de 6). A soma das cargas na ligação iônica deve ser igual a zero para que seja possível formar o composto. Acompanhe três exemplos de ligação iônica:

${𝐎}^{\mathrm{𝟐}\mathbf{-}}+𝐁{𝐞}^{\mathrm{𝟐}\mathbf{+}}$

Veja que com um átomo de oxigênio (que necessita de dois elétrons para estabilizar-se) e um de berílio (que deve doar seus dois elétrons) a soma das cargas é igual a zero - sendo possível a formação deste composto. Assim, o seguinte composto, denominado óxido de berílio, tem fórmula química BeO (pois necessitou de apenas um átomo de cada elemento). Pelo método de Lewis e pela fórmula estrutural, temos:

$\begin{array}{ccc}& & {}_{\bullet \bullet }\\ \bullet 𝐁𝐞\bullet & \rightrightarrows & {}^{\bullet }{𝐎}^{\bullet }\\ & & {}^{\bullet \bullet }\end{array}$

$𝐁𝐞=𝐎$

Na primeira representação (a de Lewis), é possível notar os elétrons de valência de cada átomo. Veja que o berílio (que deve doar todos seus elétrons desta camada) perde seus dois elétrons para o oxigênio, indicado pelas setas. O oxigênio, que já tem seis elétrons de valência, recebe os dois elétrons do berílio, e ocorre a estabilidade. Predefinição:Ênfase

${𝐍}^{\mathrm{𝟑}\mathbf{-}}+𝐀{𝐮}^{\mathbf{+}}$

Veja que o octeto não foi formado, pois a soma das cargas resultou em -2. Acrescentemos mais átomos para que o composto se estabilize:

${𝐍}^{\mathrm{𝟑}\mathbf{-}}+𝐀{𝐮}^{\mathbf{+}}+𝐀{𝐮}^{\mathbf{+}}$

O octeto ainda não foi formado, já que a soma das cargas foi igual a -1. Continuemos a acrescentar átomos:

${𝐍}^{\mathrm{𝟑}\mathbf{-}}+𝐀{𝐮}^{\mathbf{+}}+𝐀{𝐮}^{\mathbf{+}}+𝐀{𝐮}^{\mathbf{+}}$

Agora o octeto foi formado, sendo necessários três átomos de ouro I e um átomo de nitrogênio parra fazê-lo. Tal composto, o nitreto de ouro I, possui, então, a fórmula química Au₃N. As representações de Lewis e estrutural, são:

$\begin{array}{ccccc}& & {}_{\bullet \bullet }& & \\ 𝐀𝐮\bullet & ⟶& {}^{\bullet }{𝐍}^{\bullet }& ⟵& \bullet 𝐀𝐮\\ & & {}^{\bullet }& & \\ & & \uparrow & & \\ & & {}_{\bullet }& & \\ & & 𝐀𝐮& & \end{array}$

$\begin{array}{ccccc}𝐀𝐮& -& 𝐍& -& 𝐀𝐮\\ & & |& & \\ & & 𝐀𝐮& & \end{array}$

Cada átomo de ouro I possui um elétron na camada de valência. É necessário três destes átomos para que o nitrogênio fique com 8 elétrons. Predefinição:Ênfase

${𝐏}^{\mathrm{𝟑}\mathbf{-}}+𝐂{𝐚}^{\mathrm{𝟐}\mathbf{+}}$

Observe que o octeto não foi formado, pois a soma das cargas é -1.

${𝐏}^{\mathrm{𝟑}\mathbf{-}}+𝐂{𝐚}^{\mathrm{𝟐}\mathbf{+}}+𝐂{𝐚}^{\mathrm{𝟐}\mathbf{+}}$

Mesmo acrescentando mais um átomo de cálcio, o octeto ainda não foi formado. A soma resultou em +1.

${𝐏}^{\mathrm{𝟑}\mathbf{-}}+{𝐏}^{\mathrm{𝟑}\mathbf{-}}+𝐂{𝐚}^{\mathrm{𝟐}\mathbf{+}}+𝐂{𝐚}^{\mathrm{𝟐}\mathbf{+}}$

Acrescentado mais um átomo de fósforo, a soma é -2, e ainda não há estabilidade.

${𝐏}^{\mathrm{𝟑}\mathbf{-}}+{𝐏}^{\mathrm{𝟑}\mathbf{-}}+𝐂{𝐚}^{\mathrm{𝟐}\mathbf{+}}+𝐂{𝐚}^{\mathrm{𝟐}\mathbf{+}}+𝐂{𝐚}^{\mathrm{𝟐}\mathbf{+}}$

Agora a soma das cargas é igual a zero, e portanto, o octeto foi formado. O composto acima, chamado de fosfeto de cálcio, tem a fórmula química Ca₃P₂. As representações de Lewis e estrutural deste composto são:

$\begin{array}{ccccccccc}{}_{\bullet }& & {}_{\bullet \bullet }& & & & {}_{\bullet \bullet }& & {}_{\bullet }\\ 𝐂𝐚& \rightrightarrows & {}^{\bullet }{𝐏}^{\bullet }& ⟵& {}^{\bullet }{𝐂𝐚}^{\bullet }& ⟶& {}^{\bullet }{𝐏}^{\bullet }& \leftleftarrows & 𝐂𝐚\\ {}^{\bullet }& & {}^{\bullet }& & & & {}^{\bullet }& & {}^{\bullet }\end{array}$

$𝐂𝐚=𝐏-𝐂𝐚-𝐏=𝐂𝐚$

Note que ocorre estabilidade. Todos os átomos de cálcio doam todos seus elétrons da camada de valência, e ao mesmo tempo, todos os átomos de fósforo ficam com 8 elétrons na camada de valência.

Ligação covalente

Na ligação covalente, não ocorre uma doação de elétrons, mas um compartilhamento. Os compostos devem seguir a regra do octeto, em que um ânion ametal se liga a um cátion ametal, formando um composto molecular. O que determina o elemento que é o cátion ou o ânion é a eletronegatividade. O elemento mais eletronegativo é o ânion, e recebe carga imaginária negativa, enquanto que o cátion recebe carga imaginária positiva. A carga é dita imaginária justamente pelo fato de os átomos realmente não ganharem ou perderem elétron, simplesmente são compartilhados. O esquema abaixo apresenta os ametais em ordem crescente da eletronegatividade:

$\overrightarrow{𝐒𝐢𝐁𝐓𝐞𝐀𝐬𝐏𝐇𝐀𝐭𝐒𝐞𝐂𝐒𝐈𝐁𝐫𝐍𝐂𝐥𝐎𝐅}$

Você pode observar que em ligações covalentes o flúor (F) é sempre um ânion (pois não há ametal mais eletronegativo que ele) e o silício (Si) é sempre um cátion (já que este é o ametal menos eletronegativo). Na ligação covalente, chamamos de ligação simples quando um par de elétrons é compartilhado, dupla quanto são dois pares, e tripla quando são três pares. Abaixo, temos três exemplos de ligação covalente:

$𝐂{𝐥}^{\mathbf{-}}+{𝐇}^{\mathbf{+}}$

Com um átomo cada já ocorre a estabilidade! Assim, a fórmula química deste composto é HCl, e se chama cloreto de hidrogênio. As representações são as seguintes:

$\begin{array}{ccc}& & {}_{\bullet \bullet }\\ 𝐇\bullet & ⟷& {}^{\bullet }{𝐂𝐥}^{\bullet }\\ & & {}^{\bullet \bullet \bullet }\end{array}$

$𝐇-𝐂𝐥$

Veja que a seta possui duas pontas neste caso. Como há apenas uma seta, significa que a ligação é simples e apenas um elétron de cada átomo (ou seja, um par) é compartilhado. Como o átomo de hidrogênio já tem um elétron na camada de valência, ao ter um elétron compartilhado do cloro, fica com dois elétrons e se estabiliza. O átomo de cloro, que já tem 7 elétrons, se estabiliza por ter um elétron compartilhado com o hidrogênio. Predefinição:Ênfase

${𝐁}^{\mathrm{𝟑}\mathbf{+}}+{𝐅}^{\mathbf{-}}$

Com um átomo de flúor, a molécula é instável, pois a carga imaginária é -2.

${𝐁}^{\mathrm{𝟑}\mathbf{+}}+{𝐅}^{\mathbf{-}}+{𝐅}^{\mathbf{-}}+{𝐅}^{\mathbf{-}}$

Com três átomos de flúor, a carga torna-se 0, e portanto, a molécula se estabiliza. As representações de Lewis e estrutural do trifluoreto de boro (BF₃) são as seguintes:

$\begin{array}{ccccc}{}_{\bullet \bullet }& & {}_{\bullet }& & {}_{\bullet \bullet }\\ \bullet 𝐅\bullet & ⟷& {}^{\bullet }{𝐁}^{\bullet }& ⟷& \bullet 𝐅\bullet \\ {}^{\bullet \bullet \bullet }& & \updownarrow & & {}^{\bullet \bullet \bullet }\\ & & {}_{\bullet \bullet }& & \\ & & \bullet 𝐅\bullet & & \\ & & {}^{\bullet \bullet \bullet }\end{array}$

$\begin{array}{ccccc}𝐅& -& 𝐁& -& 𝐅\\ & & |& & \\ & & 𝐅& & \end{array}$

Cada átomo de flúor compartilha um elétron (ligação simples) com o átomo de boro. O flúor já tem 7 elétrons. Com o elétron compartilhado, se estabilizam. O átomo de boro compartilha três elétrons. Como este já tem três elétrons de valência, ele se estabiliza com 6 elétrons. Predefinição:Ênfase

${𝐂}^{\mathrm{𝟒}\mathbf{+}}+{𝐎}^{\mathrm{𝟐}\mathbf{-}}+{𝐎}^{\mathrm{𝟐}\mathbf{-}}$

Com um átomo de carbono e dois de oxigênio, ocorre a estabilidade da molécula. O composto formado chama-se dióxido de carbono, e sua fórmula química é CO₂. As representações de Lewis e estrutural são as seguintes:

$\begin{array}{ccccc}{}_{\bullet \bullet \bullet }& & {}_{\bullet }& & {}_{\bullet \bullet \bullet }\\ 𝐎& ⟺& {}^{\bullet }{𝐂}^{\bullet }& ⟺& 𝐎\\ {}^{\bullet \bullet \bullet }& & {}^{\bullet }& & {}^{\bullet \bullet \bullet }\end{array}$

$𝐎=𝐂=𝐎$

Aqui cada átomo de oxigênio compartilha dois elétrons (ligação dupla) com o átomo de carbono. Cada oxigênio, que já têm 6 elétrons, têm mais dois elétrons cada um (provenientes do carbono), e estabilizam-se com 8 elétrons na camada de valência. O carbono, ao total, compartilha quatro elétrons, e como já tem quatro, fecha o composto com 8 elétrons.

Ligação dativa

A ligação dativa é um tipo de ligação covalente (ou seja, entre ametais) em que um átomo rouba elétrons que não foram utilizados na ligação covalente. Inclusive, o átomo ladrão pode ser menos eletronegativo que o átomo roubado, e nestas ligações, o átomo que perdeu elétrons não se desestabiliza. O nitrogênio é o elemento que mais se envolve em assaltos na tabela periódica. Alguns ametais que possuem mais de dois períodos também costumam realizar ligação dativa, principalmente o enxofre e o fósforo. Ressaltamos que este tipo de ligação não é muito comum. Veja dois exemplos de ligação dativa: Predefinição:Ênfase

$\begin{array}{ccccc}{}_{\bullet \bullet }& & {}_{\bullet }& & {}_{\bullet }\\ \bullet 𝐎\bullet & ⟺& {}^{\bullet }{𝐍}^{\bullet }& ⟷& {}^{\bullet }{𝐍}^{\bullet }\\ {}^{\bullet \bullet }& & {}^{\bullet \bullet }& & {}^{\bullet \bullet }\end{array}$

Note que o óxigênio e o nitrogênio do meio do composto compartilham dois pares de elétrons (ligação dupla). O oxigênio se estabiliza (6 + 2 = 8), mas o nitrogênio não (5 + 2 = 7). Assim, este nitrogênio compartilha um elétron com outro nitrogênio (ligação simples). O nitrogênio do centro se estabiliza (7 + 1 = 8), mas o da ponta não (5 + 1 = 6)! Na tentativa de se estabilizar, o nitrogênio da direita rouba dois elétrons do nitrogênio central:

$\begin{array}{c}{}_{\bullet \bullet }\\ \bullet 𝐎\bullet \\ {}^{\bullet \bullet }\end{array}$

$⟺$

$\begin{array}{c}{}_{\bullet }\\ {}^{\bullet }{𝐍}^{\bullet }\\ {}^{\bullet \bullet }\end{array}$

$⟷$ $\rightrightarrows$

$\begin{array}{c}{}_{\bullet }\\ {}^{\bullet }{𝐍}^{\bullet }\\ {}^{\bullet \bullet }\end{array}$

$\begin{array}{ccc}{}_{\bullet \bullet }& & {}_{\bullet }\\ \bullet 𝐎\bullet & ⟺& {}^{\bullet }{𝐂}^{\bullet }\\ {}^{\bullet \bullet }& & {}^{\bullet }\end{array}$

Observe que com dois pares eletrônicos o oxigênio se estabiliza (6 + 2 elétrons), mas o carbono não (4 + 2 elétrons). Assim, o átomo de carbono rouba dois elétrons do oxigênio através da ligação dativa:

$\begin{array}{c}{}_{\bullet \bullet }\\ \bullet 𝐎\bullet \\ {}^{\bullet \bullet }\end{array}$

$⟺$ $\rightrightarrows$

$\begin{array}{c}{}_{\bullet }\\ {}^{\bullet }{𝐂}^{\bullet }\\ {}^{\bullet }\end{array}$

Assim, o carbono forma o octeto. Mesmo cedendo dois elétrons, o oxigênio não se desestabiliza.