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A NATUREZA DO UNIVERSO

LigaçõesQuímicas

Embora apenas 111 elementos sejam conhecidos, milhões desubstâncias químicas são encontradas na natureza ou

sintetizadas. Trata-se de compostos químicos específicos,

formados pela combinação de dois ou mais elementos através deuma reação química. A "cola" química que une os átomos destes

compostos é conhecida como ligação química.

Alguns compostos são altamente reativos, outros, iner-tes; alguns são sólidos de alto ponto de fusão, outros sãogases. Suas propriedades geralmente diferem das de seuselementos constituintes, o que pode ser compreendidoatravés dos diversos tipos de ligação química.

Ligação iônicaOs átomos do elemento neônio têm sua camada ex-

terna de elétrons completa (configuração eletrônica2,8). Esta configuração é muito estável e não se temconhecimento de que forme ligações químicas comnenhum outro elemento. ° átomo do elemento sódio

(Na) possui um elétron a mais que o neônio (2,8, I) eo átomo de flúor (F), um elétron a menos (2,7). Trans-ferindo-se um elétron do átomo de sódio para o áto-mo de flúor, formam-se duas espécies com a mesmaconfiguração do neônio. Ao contrário do neônio, asespécies possuem carga elétrica e são conhecidascomo íons. ° átomo de sód~ que perde um elétron(partícula de carga negativa), toma-se positivamentecarregado e se transforma num cátion (Na+); o áto-mo de flúor, que recebe um elétron, passa a ter cargaglobal negativa, transformando-se num ânion (F).

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@@COMPOSTOS IÔNICOS

Emum cristal de cloreta de potássio (KClj,cada íon K+(representado aqui pela esfe-ra roxa) encontra-se envolvido por tantosíons CI- (esferas verdes) quantas cabem àsua volta - seis, no caso; da mesma ma-

neira, cada íon CI- é envolvido por seisíons K+.Os íons são compactados de modoregular e periódico e, assim, apesar de omenor cristal de KCIconter muitas mílhõesde íons - sua conformação cúbica será amesma do modelo que contém apenas 27íons.

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'- aIotr6picas do enxofre. Urntipodecris1a1deenxofre, conhecidocomoenxofrerômbico,contémanéis deoito átomos (em cima). Ao ser derretido e derramado sobre

a água, dá origem ao enxofre plástico, que contém cadeias

longas e emaranhadas em zigue-zague, formadas porátomos de enxofre ligados covalentemente (em baixo). (CD)

Quando íons de cargas opostas, como o Na+ e o F,são aproximados, ocorre uma forte atração entre elese grande quantidade de energia é liberada - em quan-tidade igual à necessária para separar os dois íons.Esta força de atração é chamada de ligação iônica.A energia liberada compensa com folga a energiaenvolvida na transferência do elétron do átomo de

sódio para o átomo de flúor. No total, ocorre umaliberação líquida de energia e a formação de um com-posto cristalino - fluoreto de sódio (NaF).

Os átomos que têm dois elétrons a mais que o gásnobre mais próximo (como o magnésio, 2,8,2) oudois a menos (como o oxigênio, 2,6) também for-mam íons com a configuração do gás nobre por trans-ferência de elétrons - neste caso Mg2+e OZ-.° com-posto iônico óxido de magnésio (MgO) tem a mes-ma disposição de íons que o NaF, mas, como os íonsdo MgO possuem carga maior, a força entre eles tam-bém é maior. Portanto, mais energia precisa serfomecida para vencer a força de atração entre os doise o ponto de fusão do MgO é mais alto que o doNaF. Embora os íons permaneçam fixos no cristalsólido, movem-se livremente no sólido fundido. Naforma líquida, o composto toma-se então eletrolítico(capaz de conduzir eletricidade).

Muitas outras estruturas iônicas mais complexas sãoconhecidas. A fórmula de um composto iônico podeser determinada pelo equilíbrio das cargas de seusíons. Por exemplo, Mg2+ e F formam MgF2, en-quanto Na+ e 02- formam NazO.

A ligação covalenteSe aproximarmos dois átomos de flúor, cada um comsete elétrons na última camada, a formação de doisíons com a configuração do gás nobre via transfe-rência de elétrons não será possível. Se, no entanto,compartilharem um par de elétrons, um de cada áto-mo, os dois irão adquirir a configuração do gás no-bre e ocorrerá a formação de uma molécula estável:

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Há uma força de atração entre o par de elétrons com-partilhados e os dois núcleos positivos -ligação cova-lente. Quanto mais forte a atração exercida pelosnúcleos sobre os elétrons, mais forte será a ligação.

o átomo de oxigênio, com dois elétrons a menosque o neônio, precisa formar duas ligações covalentespara obter configuração de oito elétrons. Uma molé-cula de água (HP), que consiste de dois átomos dehidrogênio (H) e um de oxigênio (O), tem duas liga-ções O-H covalentes. O oxigênio pode também ad-quirir a configuração estável do gás nobre formandoduas ligações com o mesmo átomo - dois átomos deoxigênio ligam-se covalentemente entre si compar-tilhando dois pares de elétrons -ligação dupla.

O enxofre (S) também possui seis elétrons na últimacamada e precisa formar duas ligações para ficar comoito elétrons. Há dois modos de os átomos de enxo-

fre se unirem -:-em anéis de oito átomos (S8) ou emcadeias longas de muitos átomos interligados. Asformas diferentes pelas quais o enxofre elementarocorre são conhecidas como formas alotrópicas; ou-tros elementos encontrados nesta forma são o car-

bono (grafite, diamante e o recentemente descober-to fulereno) e o oxigênio (oxigênio e ozônio).

Os átomos de nitrogênio (N), com cinco elétrons naúltima camada, precisam formar três ligações cova-lentes para adquirir a estabilidade com oito elétrons.Isto é possível através de uma ligação com cada umdos três átomos de hidrogênio, o que dá origem à amô-nia CNI\), ou formando as três ligações com um se-gundo átomo de nitrogênio, o que produz a moléculade nitrogênio (N), que contém uma ligação tripla.

O átomo de carbono (C), que possui quatro elé-trons na última camada, precisa formar quatro li-gações para adquirir a configuração do gás nobre.Assim sendo, liga-se a quatro átomos de hidrogê-nio, formando o metano (CH4).Embora não se te-nha conhecimento de que o carbono forme liga-ções quádruplascom outrosátomosde carbono,este ..tipo de ligação ocorre entre átomos de outros ele-mentos, como o metal pesado rênio.

Moléculas gigantesEmbora dois átomos de carbono não formem uma

ligação quádrupla entre si, podem combinar-se e for-mar uma rede cristalina gigantesca, na qual cada áto-mo de carbono se liga a quatro outros através de li-gações covalentes simples. Trata-se da estrutura dodiamante, uma das formas alotrópicas do carbono.Muitos outros elementos e compostos ocorrem comoredes cristalinas covalentes enormes, como o quart-zo, que é uma forma de dióxido de silício (Si02). Oscristais destas substâncias contêm muitos milhões de

átomos unidos por fortes ligações covalentes que exi-gem grande quantidade de energia para serem rom-pidas. Estas substâncias, conseqüentemente, possu-em pontos de fusão altos e são sólidos muito duros.

Forças intermolecularesApesar de dois átomos de neônio não formarem liga-ções covalentes, existem forças fracas de atração entreeles. Ao ser comprimido ou resfriado, o neônio aca-ba por se transformar em líquido, no qual os átomossão fracamente atraídos entre si. Estas forças fracassão chamadas de forças de van der Waals e sua in-tensidade depende do tamanho da molécula.

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O bromo (Br) é feito de moléculas ligadas covalen-temente e com forças de van der Waals muito maisintensaS entre si que aquela entre átomos de neônio.Em temperatura ambiente, ocorre como mistura de lí-quido e vapor. Contudo, as forças de van der Waalsentre as moléculas de bromo são muito mais fracas queas ligações covalentes que unem seus átomos, assim,embora seja fácil separar as moléculas e vaporizar olíquido, a energia necessária para separar os átomos atra-vés do rompimento das ligações covalentes é enorme.

Ligações de hidrogêniointermolecularesAlgumas moléculas pequenas têm pontos de fusão eebulição muito mais altos do que seu tamanho leva-ria a crer. É o caso da água (RP), que possui maisou menos a mesma massa que um átomo de neônio,mas ponto de fusão muito mais alto. Devem existir,portanto, forças intermoleculares anormalmente in-tensas entre as moléculas de água. Embora os áto-mos de oxigênio e de hidrogênio compartilhem umpar de elétrons numa ligação covalente, o átomo deoxigênio exerce "atração" mais forte sobre estes elé-trons, tomando-se rico em elétrons e deixando o áto-mo de hidrogênio pobre em elétrons. O resultado é aocorrência de uma força de atração eletrostática en-tre átomos de hidrogênio e oxigênio sobre as molécu-las vizinhas -ligações de hidrogênio intermoleculares.

Além de responsáveis pelo ponto de fusão surpreen-dentemente alto da água, deve-se também às liga-ções de hidrogênio intermoleculares a estrutura aber-ta rígida dos cristais de gelo; a elas é ainda atribuídagrande importância pela influência que exercem so-bre as estruturas e propriedades de moléculas bioló-gicas. Apesar de serem mais fortes que as forças devan der Waals, são muito mais fracas que as liga-ções covalentes normais.

Cristais de mentol,vistos através de

microscópio de luzpolarizada. Os componentes(ótomos ou moléculas) dos

cristois são unidos por fortes

ligações covalentes. (SPL)- ~ .," I '/,~\ /