Capitulo 3 - Padilha

Capítulo III – As Ligações Atômicas

Resumo

A maioria dos átomos formam ligações fortes com átomos da própria espécie e com outros tipos de átomos. As ligações interatômicas podem ser classificadas quanto à suas intensidades em ligações primárias ou fortes e ligações secundárias ou fracas.

As suas energias de ligação são da ordem de 100 kcal/mol (lembre-se que 1 cal = 4,184 J). As ligações primárias podem ser de três tipos: iônica, covalente e metálica.

As ligações secundárias envolvem energias de ligação da ordem de apenas 10 kcal/mol. Embora existam alguns tipos de ligações fracas, elas são geralmente englobadas dentro da designação de ligações de van der Waals.

A figura 3.1 apresenta a variação de energia com a distância para uma molécula diatômica. Quando os dois átomos estão muito distantes entre si, a interação inexiste, de modo que pode-se atribuir o valor zero para a energia de interação entre eles. À medida que R diminui, a estabilidade aumenta, principalmente, em virtude da atração entre o núcleo e os elétrons. Para distâncias menores que a de equilíbrio (Re), a forte repulsão entre os núcleos faz com que a curva suba rapidamente.

Ligação iônica

Na ligação iônica um ou mais elétrons são transferidos de um átomo eletropositivo para outro mais eletronegativo. A ligação pode ser entendida como resultado da atração entre os íons negativo (ânion) e positivo (cátion). Em uma ligação iônica ideal ocorre uma transferência completa de carga eletrônica de um átomo para outro.

Quanto maior for a diferença de eletronegatividade entre dois elementos, maior será o caráter iônico da ligação entre eles, conforme ilustra a figura 3.3. Os metais situados no lado esquerdo da tabela periódica tendem a perder seus elétrons de valência para os elementos não metálicos do lado direito da tabela.

A figura 3.4 apresenta a formação do NaCl por meio de ligação iônica.

A ligação iônica é encontrada na maioria dos sais e nos óxidos e sulfetos metálicos mais comuns. A simetria esférica dos orbitais do tipo s auxilia no caráter não direcional desta ligação.

Ligação covalente

Na ligação covalente, um ou mais elétrons são compartilhados entre dois átomos, gerando uma força de atração entre os átomos que participam da ligação. Este compartilhamento é muito comum na maioria das moléculas orgânicas.

A ligação covalente resulta da interação de átomos que apresentam suas órbitas de valência quase saturadas de elétrons. Nestas condições, seus elétrons de valência passam a orbitar indiferentemente nos átomos envolvidos.

A ligação covalente apresenta freqüentemente características de direcionalidade preferencial. Em outras palavras, ela geralmente resulta em um determinado ângulo de ligação, como ilustra a formação da molécula de água da figura 3.5. A direcionalidade deste tipo de ligação tem origem em orbitais

do tipo p.

Em uma ligação covalente ideal, os pares de elétrons são igualmente compartilhados. Na ligação covalente do H2O, por exemplo, ocorre uma transferência parcial de carga fazendo com que o hidrogênio fique levemente positivo e o oxigênio, levemente negativo. Este compartilhamento desigual resulta em uma ligação polar. Somente em casos onde os dois lados da molécula são idênticos, como no H2 e no N2 , a ligação é totalmente apolar.

As ligações entre átomos diferentes tem sempre algum grau de polaridade.

A ligação covalente é a principal responsável pela formação das estruturas moleculares dos compostos orgânicos e pelas estruturas macromoleculares dos polímeros. É importante destacar, que no caso dos polímeros, a ligação entre os átomos na cadeia da macromolécula é uma ligação covalente muito forte, enquanto as ligações intercadeias, que mantém as macromoléculas unidas, são ligações secundárias fracas.

Ligação metálica

Os metais têm um, dois ou no máximo três elétrons de valência. Estes elétrons não estão ligados a um único átomo, mas estão mais ou menos livres para se movimentar por todo o metal. A fig. 3.6 ilustra a ligação metálica entre átomos de sódio.

Os elétrons que não são de valência e o núcleo formam um “caroço” eletricamente positivo que é envolvido por uma “nuvem”, “mar” ou ainda “gás” de elétrons. Os elétrons da nuvem atuam como uma “cola” mantendo os caroços positivos unidos.

A ligação metálica apresenta uma ampla faixa de energias de ligação que vão desde o mercúrio, com 68 kJ/mol e ponto de fusão –39°C, até o tungstênio, com 850 kJ/mol e ponto de fusão 3410°C.