Ligação covalente: características, propriedades e exemplos - Ciência - 2023

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o ligações covalentes eles são um tipo de ligação entre átomos que formam moléculas através do compartilhamento de pares de elétrons. Essas ligações, que representam um equilíbrio bastante estável entre cada espécie, permitem que cada átomo alcance a estabilidade de sua configuração eletrônica.

Essas ligações são formadas em versões simples, duplas ou triplas e possuem caracteres polares e apolares. Os átomos podem atrair outras espécies, permitindo a formação de compostos químicos. Essa união pode ocorrer por diferentes forças, gerando uma atração fraca ou forte, caracteres iônicos ou troca de elétrons.

As ligações covalentes são consideradas ligações "fortes". Ao contrário de outras ligações fortes (ligações iônicas), as covalentes geralmente ocorrem em átomos não metálicos e naqueles que têm afinidades semelhantes por elétrons (eletronegatividades semelhantes), tornando as ligações covalentes fracas e requerem menos energia para quebrar.

Nesse tipo de ligação, a chamada regra do octeto é geralmente aplicada para estimar o número de átomos a serem compartilhados: essa regra afirma que cada átomo em uma molécula requer 8 elétrons de valência para permanecer estável. Por meio do compartilhamento, eles devem obter perda ou ganho de elétrons entre as espécies.

Caracteristicas

As ligações covalentes são afetadas pela propriedade eletronegativa de cada um dos átomos envolvidos na interação dos pares de elétrons; Quando você tem um átomo com eletronegatividade consideravelmente mais alta do que o outro átomo na junção, uma ligação covalente polar se forma.

No entanto, quando ambos os átomos têm uma propriedade eletronegativa semelhante, uma ligação covalente não polar se forma. Isso ocorre porque os elétrons das espécies mais eletronegativas estarão mais ligados a este átomo do que no caso daquele com menor eletronegatividade.

É importante notar que nenhuma ligação covalente é completamente igualitária, a menos que os dois átomos envolvidos sejam idênticos (e, portanto, tenham a mesma eletronegatividade).

O tipo de ligação covalente depende da diferença na eletronegatividade entre as espécies, onde um valor entre 0 e 0,4 resulta em uma ligação apolar, e uma diferença de 0,4 a 1,7 resulta em uma ligação polar (o As ligações iônicas aparecem em 1,7).

Ligação covalente não polar

A ligação covalente apolar é gerada quando os elétrons são compartilhados igualmente entre os átomos. Isso geralmente ocorre quando os dois átomos têm uma afinidade eletrônica semelhante ou igual (mesma espécie). Quanto mais semelhantes os valores de afinidade eletrônica entre os átomos envolvidos, mais forte é a atração resultante.

Isso geralmente ocorre em moléculas de gás, também conhecidas como elementos diatômicos. As ligações covalentes não polares funcionam com a mesma natureza que as polares (o átomo de maior eletronegatividade atrairá mais fortemente o elétron ou elétrons do outro átomo).

No entanto, em moléculas diatômicas, as eletronegatividades se cancelam porque são iguais, resultando em uma carga zero.

As ligações não polares são cruciais em biologia: ajudam a formar as ligações de oxigênio e peptídeos que são vistas nas cadeias de aminoácidos. Moléculas com uma grande quantidade de ligações não polares são geralmente hidrofóbicas.

Ligação covalente polar

A ligação covalente polar ocorre quando há um compartilhamento desigual de elétrons entre as duas espécies envolvidas na união. Neste caso, um dos dois átomos tem uma eletronegatividade consideravelmente maior do que o outro, e por isso atrairá mais elétrons da junção.

A molécula resultante terá um lado ligeiramente positivo (aquele com a eletronegatividade mais baixa) e um lado ligeiramente negativo (com o átomo com a eletronegatividade mais alta). Ele também terá um potencial eletrostático, dando ao composto a capacidade de se ligar fracamente a outros compostos polares.

As ligações polares mais comuns são aquelas de hidrogênio com átomos mais eletronegativos para formar compostos como a água (H₂OU).

Propriedades

Nas estruturas de ligações covalentes, uma série de propriedades são levadas em consideração que estão envolvidas no estudo dessas ligações e ajudam a compreender este fenômeno de compartilhamento de elétrons:

Regra do octeto

A regra do octeto foi formulada pelo físico e químico americano Gilbert Newton Lewis, embora existam cientistas que a estudaram antes dele.

É uma regra prática que reflete a observação de que os átomos dos elementos representativos costumam se combinar de tal forma que cada átomo atinge oito elétrons em sua camada de valência, levando-o a ter uma configuração eletrônica semelhante aos gases nobres. Diagramas ou estruturas de Lewis são usados para representar essas junções.

Existem exceções a esta regra, por exemplo em espécies com uma camada de valência incompleta (moléculas com sete elétrons, como CH₃, e espécies reativas de seis elétrons, como BH₃); também ocorre em átomos com pouquíssimos elétrons, como hélio, hidrogênio e lítio, entre outros.

Ressonância

A ressonância é uma ferramenta usada para representar estruturas moleculares e representar elétrons deslocalizados onde as ligações não podem ser expressas com uma única estrutura de Lewis.

Nestes casos, os elétrons devem ser representados por várias estruturas “contribuintes”, chamadas de estruturas ressonantes. Em outras palavras, ressonância é o termo que sugere o uso de duas ou mais estruturas de Lewis para representar uma determinada molécula.

Este conceito é completamente humano, e uma ou outra estrutura da molécula não existe em um dado momento, mas pode existir em qualquer versão dela (ou em todas) ao mesmo tempo.

Além disso, as estruturas contribuintes (ou ressonantes) não são isômeros: apenas a posição dos elétrons pode diferir, mas não dos núcleos dos átomos.

Aromaticidade

Este conceito é usado para descrever uma molécula cíclica plana com um anel de ligações ressonantes que exibem maior estabilidade do que outros arranjos geométricos com a mesma configuração atômica.

As moléculas aromáticas são muito estáveis, pois não se rompem com facilidade e nem costumam reagir com outras substâncias. No benzeno, o composto aromático protótipo, as ligações pi (π) conjugadas são formadas em duas estruturas ressonantes diferentes, que formam um hexágono altamente estável.

Link Sigma (σ)

É a ligação mais simples, na qual dois orbitais "s" se unem. As ligações Sigma ocorrem em todas as ligações covalentes simples e também podem ocorrer nos orbitais "p", desde que estejam olhando uma para a outra.

Bond pi (π)

Essa ligação ocorre entre dois orbitais "p" que estão em paralelo. Eles se ligam lado a lado (ao contrário do sigma, que se liga face a face) e formam áreas de densidade de elétrons acima e abaixo da molécula.

As ligações covalentes duplas e triplas envolvem uma ou duas ligações pi e dão à molécula uma forma rígida. As ligações Pi são mais fracas do que as ligações sigma, pois há menos sobreposição.

Tipos de ligações covalentes

As ligações covalentes entre dois átomos podem ser formadas por um par de elétrons, mas também podem ser formadas por dois ou até três pares de elétrons, portanto, estas serão expressas como ligações simples, duplas e triplas, que são representadas por diferentes tipos de sindicatos (ligações sigma e pi) para cada um.

As ligações simples são as mais fracas e as ligações triplas são as mais fortes; Isso ocorre porque os triplos têm o menor comprimento de ligação (maior atração) e a maior energia de ligação (eles requerem mais energia para serem quebrados).

Link simples

É o compartilhamento de um único par de elétrons; ou seja, cada átomo envolvido compartilha um único elétron. Essa união é a mais fraca e envolve uma única ligação sigma (σ). É representado por uma linha entre os átomos; Por exemplo, no caso da molécula de hidrogênio (H₂):

H H

Link duplo

Nesse tipo de ligação, dois pares compartilhados de elétrons formam ligações; ou seja, quatro elétrons são compartilhados. Esta ligação envolve uma ligação sigma (σ) e uma ligação pi (π) e é representada por duas linhas; por exemplo, no caso do dióxido de carbono (CO₂):

O = C = O

Vínculo triplo

Essa ligação, a mais forte que existe entre as ligações covalentes, ocorre quando os átomos compartilham seis elétrons ou três pares, em uma ligação sigma (σ) e dois pi (π). É representado por três linhas e pode ser visto em moléculas como o acetileno (C₂H₂):

H-C≡C-H

Por fim, ligações quádruplas foram observadas, mas são raras e limitadas principalmente a compostos metálicos, como acetato de cromo (II) e outros.

Exemplos

Para ligações simples, o caso mais comum é o do hidrogênio, conforme pode ser visto a seguir:

O caso de uma ligação tripla é o dos nitrogênios em óxido nitroso (N₂O), como visto abaixo, com as ligações sigma e pi visíveis:

Referências

Chang, R. (2007). Química. (9ª ed). McGraw-Hill.
Chem Libretexts. (s.f.). Obtido em chem.libretexts.org
Anne Marie Helmenstine, P. (s.f.). Obtido em Thoughtco.com
Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S. L., Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2000). Biologia Celular Molecular. Nova York: W. H. Freeman.
Wikiversidade. (s.f.). Obtido em en.wikiversity.org