Ligações covalentes simples e múltiplas

Regra do octeto - A matéria sempre quer estar na forma mais estável possível. Para qualquer átomo, a estabilidade é atingida seguindo a regra do octeto, isto é, todos os átomos (com algumas poucas exceções) querem ter 8 elétrons em sua camada de elétrons mais externa (como os gases nobres). Os elétrons presentes na camada mais externa de um átomo são chamados de elétrons de valência.

As exceções à regra do octeto incluem o hidrogênio (H) e o hélio (He), que seguem a regra do dueto. Eles são os primeiros dois elementos da tabela periódica e têm uma única camada de elétrons que acomoda somente 2 elétrons. Outras exceções incluem alguns elementos do grupo 3, como o boro (B), que contém três elétrons de valência. Teoricamente, o boro é capaz de acomodar mais cinco elétrons de acordo com a regra do octeto, mas ele é um átomo muito pequeno, e cinco átomos não metais (como o hidrogênio) não se encaixam ao redor do núcleo do boro. Assim, o boro normalmente forma três ligações, BH${}_3$‍, com um total de seis elétrons em sua camada mais externa. Isso também resulta em algumas propriedades anômalas nos compostos de boro, porque ele tem "falta de elétrons". É importante observar, portanto, que a ligação covalente entre não metais pode ocorrer para formar compostos com menos do que um octeto em cada átomo.

Em geral, atingir a configuração do octeto (isto é, 8 elétrons na camada mais externa) é a força motriz da ligação química entre átomos. Dê uma olhada na configuração da camada externa (isto é, o número de elétrons de valência) de três átomos – sódio (Na), cloro (Cl) e neônio (Ne):

Vamos analisar os dois cenários a seguir, A e B. Há duas crianças, Emily e Sarah. As duas são ótimas amigas.

Cenário B:

Agora, vamos aplicar a analogia acima às ligações químicas. Considere que Emily e Sarah representem dois átomos e que o cobertor simbolize seus elétrons de valência. No cenário A, o átomo Emily quer doar seus elétrons (cobertor) para o átomo Sarah porque, ao fazer isso, os dois atingem uma configuração de octeto, com 8 elétrons em suas respectivas camadas externas, de forma que os dois ficam felizes e estáveis. Essa doação de elétrons é chamada de ligação iônica.

Exemplo de ligação iônica

No cenário B, o átomo Emily e o átomo Sarah são igualmente eletronegativos. Portanto, nem Emily nem Sarah estão prontas para se separarem de seus elétrons (cobertor) e, em vez disso, compartilham seus elétrons de valência uma com a outra. Isso é chamado de ligação covalente. A eletronegatividade é uma medida da força com que um átomo atrai elétrons de outro átomo em uma ligação química, e esse valor é determinado pela posição em que o átomo específico se encontra na tabela periódica (o frâncio é o elemento menos eletronegativo, enquanto o flúor é o mais eletronegativo).

Vamos voltar às nossas personagens, Emily e Sarah:

Cenário C:

Cenário D:

Vamos aplicar a analogia acima para uma formação de ligação covalente. No cenário C, Emily e Sarah estão igualmente com frio (em nossa analogia, isso significa que elas têm a mesma eletronegatividade). Como as duas têm a mesma eletronegatividade, elas vão compartilhar seus elétrons de valência igualmente uma com a outra. Esse tipo de ligação covalente, na qual elétrons são compartilhados igualmente entre os dois átomos, é chamado de ligação covalente apolar.

Exemplo de uma ligação covalente apolar

No cenário D, Emily está com frio, mas Sarah está com muito mais frio (sem dúvida, ela está com uma leve hipotermia por brincar na chuva durante muito tempo)! Juntas, elas compartilham o cobertor, mas Sarah tem a tendência de puxar o cobertor de Emily para ficar mais aquecida. No mundo atômico, um átomo (Sarah) é mais eletronegativo que o outro (Emily), e naturalmente puxa os elétrons compartilhados para perto de si. Esse ato de puxar elétrons cria uma leve polaridade na ligação. As ligações covalentes nas quais os elétrons não são compartilhados igualmente entre dois átomos são chamadas de ligação covalente polar.

Exemplo de uma ligação covalente polar

Como mostrado acima, os elétrons de uma ligação covalente entre dois átomos diferentes (H e Cl, nesse caso) não são igualmente compartilhados pelos átomos. Isso se deve à diferença de eletronegatividade entre os dois átomos. O átomo mais eletronegativo (Cl) tem uma maior participação dos elétrons que o átomo menos eletronegativo (H). Consequentemente, o átomo que tem a maior participação dos elétrons da ligação carrega uma carga parcialmente negativa (δ-); e o outro átomo, automaticamente, carrega uma carga parcialmente positiva (δ+) de igual magnitude.

O metano (CH${}_4$‍) é um exemplo de um composto em que ligações covalentes apolares são formadas entre dois átomos diferentes. Um átomo de carbono forma quatro ligações covalentes com quatro átomos de hidrogênio, compartilhando um par de elétrons entre ele próprio e cada átomo de hidrogênio (H). O valor da eletronegatividade para o carbono (C) e o hidrogênio (H) é 2,55 e 2,1, respectivamente; portanto, a diferença em seus valores de eletronegatividade é de apenas 0,45 (critério <0,5); assim, os elétrons são compartilhados igualmente entre o carbono e o hidrogênio. Portanto, podemos convenientemente dizer que uma molécula de metano tem um total de quatro ligações covalentes apolares.

Ligações covalentes múltiplas e simples

O número de pares de elétrons compartilhados entre dois átomos determina o tipo de ligação covalente formada entre eles.

Agora, vejamos alguns exemplos para tentar determinar o tipo de ligações covalentes formadas:

O átomo de nitrogênio pode atingir a configuração do octeto ao compartilhar três elétrons com outro átomo de nitrogênio, formando uma ligação tripla (três pares de elétrons compartilhados).

Considere a molécula de dióxido de carbono (CO${}_2$‍). Vamos determinar o tipo de ligação covalente que ela forma.