Ligações Covalentes

1. Conceito e Formação

As ligações covalentes são formadas quando dois átomos COMPARTILHAM pares de elétrons.

É a ligação entre dois ametais, ou então entre um ametal e hidrogênio.

Esses átomos são os que possuem altas energias de ionização e tendem a não formar cátions.

O compartilhamento permite que os átomos alcancem configurações eletrônicas mais estáveis, geralmente semelhantes à dos gases nobres.

Por exemplo, na formação da molécula de gás cloro ($Cl_2$):

Cada átomo de cloro possui sete elétrons na camada de valência, logo ambos querem ganhar um elétron.

Ninguém quer ceder um elétron para o outro, pois assim um ficaria estável com oito, mas o outro ficaria com seis!

Qual a decisão? Eles resolvem compartilhar um elétron. "Não é meu nem seu, é nosso!"

Ao compartilhar esse elétron, ambos passam a preencher totalmente a camada de valência e a ficarem semelhantes aos gases nobres.

2. Representação das Ligações Covalentes

As ligações covalentes podem ser representadas de diferentes formas:

Fórmula Eletrônica (ou de Lewis):

Os elétrons da camada de valência são representados por pontos ao redor do símbolo do elemento.

A diferença da representação de Lewis de ligações iônicas para a de ligações covalentes é que, aqui, nós podemos circular as ligações covalentes.

Vamos ver alguns exemplos:

$H_2$

H = grupo 1 = 1é na camada de valência =  quer ganhar um elétron

Ambos querem ganhar = ligação covalente

Ambos querem ganhar apenas um elétron = formação de uma ligação

$N_2$

N = grupo 15 = 5é na camada de valência = quer ganhar três elétrons

Ambos querem ganhar = ligação covalente

Ambos querem ganhar três elétrons = formação de três ligações

Fórmula Estrutural Plana:

Representa os pares de elétrons compartilhados como traços entre os átomos.

Nessa representação, nós não representamos os pares de elétrons livres de forma alguma, apenas as ligações. 

Olhe os exemplos do $H_2$, do $N_2$ e do $HCl$:

Fórmula Mínima:

Para encontrar a fórmula mínima de uma molécula com ligações covalentes, o raciocínio deve ser o mesmo que aprendemos com as ligações iônicas.

Primeiro, determine quantos elétrons cada átomo quer ganhar, ou seja, determine o ânion de cada átomo.

Coloque um átomo do lado do outro e inverta os valores das cargas para se transformarem no número de átomos.

Olhe os exemplos a seguir: H e N // H e O // C e O:

3. Classificações das Ligações Covalentes

As ligações covalentes podem ser classificadas de diversas formas:

1. Quanto à ordem:
• Simples: Compartilhamento de um par de elétrons (H–H).
• Dupla: Dois pares de elétrons compartilhados (O=O).
• Tripla: Três pares de elétrons compartilhados (N≡N).

4. Compostos Moleculares e Compostos Covalentes, existe diferença?

As substâncias moleculares e covalentes possuem uma diferença básica:

Substâncias Moleculares são formadas por moléculas isoladas, ou seja, pequenos grupos de átomos unidos por ligações covalentes.

Essas moléculas interagem entre si por forças fracas chamadas forças intermoleculares.

Substâncias Covalentes, por outro lado, têm estruturas gigantescas, onde os átomos estão todos ligados por ligações covalentes em uma rede contínua.

As substâncias covalentes não formam moléculas isoladas, elas estão todas juntas.

Por exemplo, o $H_2O$ é uma substância molecular porque existem moléculas independentes de água.

Já o diamante é uma substância covalente porque todos os átomos de carbono estão interligados em uma única estrutura.

A sílica também, por exemplo, é uma substância covalente.

Por mais que ela seja $SiO_2$, você não consegue encontrar apenas uma molécula dessas isolada.

Ela sempre estará conectada em uma rede com "infinitas" moléculas.

Entendeu a diferença entre composto covalente e molecular?

As diferenças nas propriedades físicas entre esses dois tipos de substâncias se explicam pela força das interações que as mantêm unidas:

• Substâncias moleculares:
• Podem ser encontradas nos estados sólido, líquido ou gasoso.
• Têm pontos de fusão e ebulição baixos.
• Não conduzem eletricidade em condições normais.
• Substâncias covalentes:
• São sempre sólidas à temperatura ambiente.
• Apresentam pontos de fusão e ebulição elevados.
• São extremamente duras e insolúveis em solventes comuns.
• Não conduzem eletricidade, exceto em casos especiais, como a grafita.

5. Curiosidade: como uma ligação covalente é formada?

Esse tópico costuma ser cobrado em vestibulares pelo Brasil, apesar de não ser tão enfatizado pelos nossos professores para provas de colégios.

Se seu professor enfatizou esse conceito e esse gráfico, dê uma lida. Se não, por enquanto, encare como curiosidade. 

O processo de formação é guiado pelo equilíbrio entre as forças de atração (entre núcleos e elétrons) e as forças de repulsão (entre núcleos e entre elétrons).

Imagine dois átomos, um H e um Cl, no mesmo "ambiente".

Nesse ambiente, existirão duas forças: uma força de atração do núcleo do H pelos elétrons do Cl (e vice-versa), e uma força de repulsão entre os dois núcleos. 

Essas duas forças estão brigando entre si a todo momento.

Os átomos querem se ligar para se tornarem mais estáveis, já aprendemos isso.

Então, quando eles estão muito distantes entre si, eles estão "agitados", com bastante energia, à procura de alguém para se ligar para se estabilizar.

Quando eles estão se aproximando, eles criam esperança em se ligar um com o outro para se estabilizarem, então vão diminuindo sua energia cada vez mais. 

Mas se eles se aproximarem demais, a repulsão entre seus núcleos será tão insuportável que a energia aumenta novamente e os átomos se afastam. 

É quase como conhecer alguém e, ao começar a conversar, ver que a pessoa é ruim, fazendo com que você se afaste.

Portanto, existe uma distância ideal para os dois átomos, que é quando a força de repulsão e a força de atração entram em perfeito equilíbrio.

Nesse momento, a energia potencial dos átomos é mínima e a ligação covalente é formada. 

Sendo assim, essa distância corresponde ao comprimento/tamanho da ligação covalente. 

Essa explicação toda pode ser visualizada nesse tipo de gráfico.

Ao olhar para ele, você precisa entender que o ponto de menor energia potencial é onde a ligação covalente foi formada. 

Com isso, você consegue descobrir seu comprimento.