Ligação química
Ligações químicas são conjunções estabelecidas entre átomos para formarem moléculas ou, no caso de ligações iônicas ou metálicas, agregados atômicos (superátomos) organizados de forma a constituírem a estrutura básica de uma substância ou composto. Na natureza existem por volta de uma centena de elementos químicos. Os átomos destes elementos, ao se unirem, formam a grande diversidade de substâncias.
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Um certo número de elementos adquire estabilidade eletrônica quando seus átomos apresentam oito elétrons na sua camada mais externa, e usualmente esses se ligam de forma a buscarem completar esses oito elétrons, especificamente ao completar suas camadas externas. Dadas as variações na distribuição eletrônica, existem muitas exceções para essa regra, a exemplo do Hidrogênio (H) que se estabiliza com dois elétrons na última camada. Como exemplo da regra do octeto, válida contudo de forma bem regular para os principais elementos representativos da tabela periódica, temos o caso do átomo de carbono, que é tetravalente (pode realizar quatro ligações), e além dele todos os átomos que pertencem a família de número 14 da tabela periódica que, também tetravalentes, encontram-se no eixo central dessa regra (Octeto). De fato, a regra do octeto vale somente para os elementos representativos do nível dois, como o carbono, o nitrogênio e o oxigênio (que são alguns dos elementos mais utilizados no ensino de química). Ao descer para o nível três, porém, os átomos já tendem a adquirir uma configuração estável com 18 elétrons, e para outro níveis já se torna difícil estabelecer um padrão para as distribuições eletrônicas, devidos às variações citadas anteriormente. A regra é, contudo, uma ótima aproximação para o ensino a nível médio, porém se torna obsoleta para campos de engenharia química, e nuclear, por exemplo.
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O lítio tem um elétron em sua camada de valência, mantido com pouca dificuldade porque sua energia de ionização é baixa. O flúor possui 7 elétrons em sua camada de valência. Quando um elétron se move do lítio para o flúor, cada íon adquire a configuração de gás nobre. A energia de ligação proveniente da atração eletrostática dos dois íons de cargas opostas tem valor negativo suficiente para que a ligação se torne estável. Ligações iônicas são um tipo de ligação química baseada na atração eletrostática entre dois íons carregados com cargas opostas. Na formação da ligação iônica, um metal tem uma grande tendência a perder elétron(s), formando um íon positivo ou cátion. Isso ocorre devido à baixa energia de ionização de um metal, isto é, é necessária pouca energia para remover um elétron de um metal. Simultaneamente, o átomo de um ametal (não-metal) possui uma grande tendência a ganhar elétron(s), formando um íon de carga negativa ou ânion. Isso ocorre devido à sua grande afinidade eletrônica. Sendo assim, os dois íons formados, cátion e ânion, se atraem devido a forças eletrostáticas e formam a ligação iônica.
Características dos compostos iônicos
OBS.: O hidrogênio faz ligação iônica com metais também. Embora possua um elétron, não é metal, logo, não tende a perder esse elétron. Na verdade, o hidrogênio tende a receber um elétron ficando com configuração eletrônica igual à do gás hélio.
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Uma ligação covalente ou molecular é aquela onde os átomos possuem a tendência de compartilhar os elétrons de sua camada de valência, ou seja, de sua camada mais instável. Neste tipo de ligação não há a formação de íons, pois as estruturas formadas são eletronicamente neutras, como o exemplo abaixo, da água. O átomo de oxigênio (O) necessita de dois elétrons para ficar estável e o H irá compartilhar seu elétron com o O. Sendo assim o O ainda necessita de um elétron para se estabilizar, então é preciso de mais um H e esse H compartilha seu elétron com o O, estabilizando-o. Sendo assim é formado uma molécula o H2O. Ao compartilharem elétrons, os átomos podem originar uma ou mais substâncias simples diferentes. Esse fenômeno é denominado alotropia. Essa substâncias são chamadas de variedades alotrópicas. As variedades podem diferir entre si pelo número de átomos no retículo cristalino. Ex.: Carbono, Oxigênio, Enxofre, Fósforo.
A Formação de uma ligação covalente diminui a energia potencial
Para ocorrer uma ligação iônica, o efeito do abaixamento de energia da energia reticular precisa ser maior que o resultado líquido da combinação do efeito de elevação da energia de ionização (EI) e da afinidade eletrônica (AE). Muitas vezes, isto não é possível, em especial quando as energias de ionização de todos os átomos envolvidos são grandes. Isto acontece, por exemplo, quando não-metais se combinam para formar moléculas. Nesses casos, a natureza utiliza um caminho diferente para diminuir a energia - o compartilhamento de elétrons. Assim que os dois átomos se aproximam, o elétron de cada átomo começa a sentir a atração de ambos os núcleos. Isto provoca um deslocamento da densidade eletrônica em torno de cada átomo para a região entre os dois átomos. Portanto assim que a distância entre os dois núcleos diminui, ocorre um aumento na probabilidade de encontrarmos ambos os elétrons nas proximidades de ambos os núcleos. De fato, quando a molécula é formada, cada um dos átomos de hidrogênio na molécula de H2 realiza o compartilhamento dos dois elétrons.
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Este tipo de ligação ocorre quando os átomos envolvidos já atingiram a estabilidade com os oito ou dois elétrons na camada de valência. Sendo assim eles compartilham seus elétrons disponíveis, como se fosse um empréstimo para satisfazer a necessidade de oito elétrons do elemento com o qual está se ligando.
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A ligação metálica ocorre entre metais, isto é, átomos de alta eletropositividade (tendência a doar elétrons). Num sólido, os átomos estão dispostos de maneira variada, mas sempre próximos uns aos outros, compondo um retículo cristalino. Enquanto certos corpos apresentam os elétrons bem presos aos átomos, em outros, algumas dessas partículas permanecem com certa liberdade de se movimentarem no cristal. É o que diferencia, em termos de condutibilidade elétrica, os corpos condutores dos isolantes. Nos corpos condutores, muitos dos elétrons se movimentam livremente no cristal, de forma desordenada, isto é, em todas as direções. E, justamente por ser caótico, esse movimento não resulta em qualquer deslocamento de carga de um lado a outro do cristal. Aquecendo-se a ponta de uma barra de metal, coloca-se em agitação os átomos que a formam e os que lhe estão próximos. Os elétrons aumentam suas oscilações e a energia se propaga aos átomos mais internos. Neste tipo de cristal os elétrons livres servem de meio de propagação do calor - chocam-se com os átomos mais velozes, aceleram-se e vão aumentar a oscilação dos mais lentos. A possibilidade de melhor condutividade térmica, portanto, depende da presença de elétrons livres no cristal. Estudando-se o fenômeno da condutibilidade elétrica, nota-se que, quando é aplicada uma diferença de potencial, por meio de uma fonte elétrica às paredes de um cristal metálico, os elétrons livres adquirem um movimento ordenado: passam a mover-se do polo negativo para o polo positivo, formando um fluxo eletrônico orientado na superfície do metal, pois como se trabalha com cargas de mesmo sinal, estas procuram a maior distância possível entre elas. Quanto mais elétrons livres no condutor, melhor a condução se dá.
Teoria da nuvem eletrônica
Segundo essa teoria, alguns átomos do metal "perdem" ou "soltam" elétrons de suas últimas camadas; esses elétrons ficam "passeando" entre os átomos dos metais e funcionam como uma "cola" que os mantém unidos. Existe uma força de atração entre os elétrons livres que se movimentam pelo metal e os cátions fixos.
