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.

Conical flask yellow.svg Métodos de representaçãoEditar

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.

Conical flask yellow.svg Ligação iônicaEditar

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:

1 18
1 1,0
1H
Hidrogênio


2


13


14


15


16


17
4,0
2He
Hélio
2 6,9
3Li
Lítio
9,0
4Be
Berílio
10,8
5B
Boro
12,0
6C
Carbono
14,0
7N
Nitrogênio
16,0
8O
Oxigênio
19,0
9F
Flúor
20,2
10Ne
Neônio
3 23,0
11Na
Sódio
24,3
12Mg
Magnésio


3


4


5


6


7


8


9


10


11


12
27,0
13Al
Alumínio
28,1
14Si
Silício
31,0
15P
Fósforo
32,1
16S
Enxofre
35,5
17Cl
Cloro
39,9
18Ar
Argônio
4 39,1
19K
Potássio
40,1
20Ca
Cálcio
45
21Sc
Escândio
47,9
22Ti
Titânio
50,9
23V
Vanádio
52,0
24Cr
Cromo
54,9
25Mn
Manganês
55,8
26Fe
Ferro
58,9
27Co
Cobalto
58,7
28Ni
Níquel
63,5
29Cu
Cobre
65,4
30Zn
Zinco
69,7
31Ga
Gálio
72,6
32Ge
Germânio
74,9
33As
Arsênio
79,0
34Se
Selênio
79,9
35Br
Bromo
83,8
36Kr
Criptônio
5 85,5
37Rb
Rubídio
87,6
38Sr
Estrôncio
88,9
39Y
Ítrio
91,2
40Zr
Zircônio
92,9
41Nb
Nióbio
95,9
42Mo
Molibdênio
97,9
43Tc
Tecnécio
101,1
44Ru
Rutênio
102,9
45Rh
Ródio
106,4
46Pd
Paládio
107,9
47Ag
Prata
112,4
48Cd
Cádmio
114,8
49In
Índio
118,7
50Sn
Estanho
121,8
51Sb
Antimônio
127,6
52Te
Telúrio
126,9
53I
Iodo
131,3
54Xe
Xenônio
6 132,9
55Cs
Césio
137,3
56Ba
Bário
Lantanídeos
57-71
La-Lu
178,5
72Hf
Háfnio
180,9
73Ta
Tântalo
183,8
74W
Tungstênio
186,2
75Re
Rênio
190,2
76Os
Ósmio
192,2
77Ir
Irídio
195,1
78Pt
Platina
197,0
79Au
Ouro
200,6
80Hg
Mercúrio
204,4
81Tl
Tálio
207,2
82Pb
Chumbo
209,0
83Bi
Bismuto
209,0
84Po
Polônio
210,0
85At
Astato
222,0
86Rn
Radônio
7 223
87Fr
Frâncio
226
88Ra
Rádio
Actinídeos
89-103
Ac-Lr
261
104Rf
Rutherfórdio
262
105Db
Dúbnio
266
106Sg
Seabórgio
264
107Bh
Bóhrio
277
108Hs
Hássio
268
109Mt
Meitnério
271
110Ds
Darmstádtio
280
111Rg
Roentgênio
285
112Cn
Copernício
286
113Uut
Unúntrio
289
114Fl
Fleróvio
288
115Uup
Ununpêntio
293
116Lv
Livermório
294
117Uus
Ununséptio
293
118Uuo
Ununóctio


Lantanídeos
138,9
57La
Lantâneo
140,1
58Ce
Cério
140,9
59Pr
Praseodímio
144,2
60Nd
Neodímio
145
61Pm
Promécio
150,4
62Sm
Samário
151,9
63Eu
Európio
157,3
64Gd
Gadolínio
158,9
65Tb
Térbio
162,5
66Dy
Disprósio
164,9
67Ho
Hôlmio
167,3
68Er
Érbio
168,9
69Tm
Túlio
173,0
70Yb
Itérbio
175,0
71Lu
Lutécio


Actinídeos
227
89Ac
Actínio
232,0
90Th
Tório
231,0
91Pa
Protactínio
238,0
92U
Urânio
237
93Np
Neptúnio
244
94Pu
Plutônio
243
95Am
Amerício
247
96Cm
Cúrio
247
97Bk
Berquélio
251
98Cf
Califóornio
252
99Es
Einstênio
257
100Fm
Férmio
258
101Md
Mendelévio
259
102No
Nobélio
262
103Lr
Laurêncio

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:

Exemplo 1 - Suponhamos, em um planeta qualquer, que esteja disponível átomos de oxigênio (O) e berílio (Be). O oxigênio, por estar no grupo 16 da tabela periódica, tem 6 elétrons na camada de valência. Já o berílio, que está no grupo 2, tem 2 elétrons. Pela representação iônica, teremos:
 

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:

 

 

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.

Exemplo 2 - Em um laboratório, é disponibilizado átomos de nitrogênio (N) e de ouro I (Au-I). O nitrogênio tem cinco elétrons de valência, pois está no grupo 15. Para completar o octeto, o nitrogênio necessita, então, de três elétrons. Já o ouro I, tem um elétron na camada de valência. Temos, então:
 

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

 

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

 

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:

 

 

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.

Exemplo 3 - Em uma amostra há átomos de fósforo (P) e de cálcio (Ca). O fósforo tem cinco elétrons de valência, posto que está no grupo 15, e necessita de mais três elétrons para se estabilizar. Por sua vez, os átomos de cálcio precisam doar seus dois elétrons de valência:
 

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

 

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

 

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

 

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:

 

 

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.

Conical flask yellow.svg Ligação covalenteEditar

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:

 

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:

Exemplo 4 - Com átomos de hidrogênio (H) e de cloro (Cl), qual composto que pode ser formado diferente de H2 e Cl2? Entre estes átomos, o mais eletronegativo é o cloro, logo, este é o ânion é recebe carga imaginária negativa. O hidrogênio, então, é o cátion e recebe carga imaginária positiva. Analisando a tabela periódica, vemos que o cloro está no grupo 17, e desta forma tem 7 elétrons de valência e precisa de mais um elétron para se estabilizar, e sua carga passa a ser -1. O hidrogênio tem 1 elétron de valência, pois se localiza no grupo 1. O hidrogênio necessita de mais um elétron para se estabilizar, e sua carga é +1:
 

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:

 

 

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.

Exemplo 5 - Com apenas um átomo de boro (B), quantos átomos de flúor (F) preciso para ocorrer estabilidade? O átomo mais eletronegativo é o flúor. Como este localiza-se no grupo 17, tem 7 elétrons de valência, e portanto, precisa de mais um elétron. Logo, sua carga imaginária é -1. Já o boro, precisa de 6 elétrons para se estabilizar. Como está no grupo 13, já tem 3 elétrons de valência, e então precisa de mais três. Sua carga imaginária é +3.
 

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

 

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:

 

 

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.

Exemplo 6 - Com átomos de carbono (C) e oxigênio (O), qual o composto que se pode formar? O oxigênio é o ânion pois é mais eletronegativo que o carbono. Como o oxigênio está no grupo 16, tem 6 elétrons na camada de valência, e necessita de mais dois para se estabilizar. Sua carga imaginária é -2. O carbono está no grupo 14 da tabela periódica, e portanto, tem 4 elétrons de valência e necessita de mais 4. Sua carga imaginária é +4.
 

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:

 

 

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.

Observações: Ligações quadruplas são altamente instáveis! Portanto, se em algum momento o composto C2 é formado, logo ele é quebrado para formar outros compostos.

Conical flask yellow.svg Ligação dativaEditar

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:

Exemplo 7 - N2O (monóxido de dinitrogênio) - Os nitrogênios precisam de três elétrons para se estabilizarem (pelo fato de estarem no grupo 15, já têm cinco elétrons, e para completar o octeto, necessitam de mais três), e o oxigênio de dois.

 

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:

 

 

 

 
 

 

Exemplo 8 - CO (monóxido de carbono) - O elemento oxigênio (O) necessita de dois elétrons para se estabilizar, enquanto que o carbono (C) necessita de quatro:

 

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:

 

 
 

 

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

Conical flask yellow.svg Ligação metálicaEditar