O que mantém os átomos unidos? Ligações iônicas, covalentes e metálicas

Por que os átomos se ligam

Os átomos se ligam porque isso os leva a uma distribuição mais estável de elétrons externos, muitas vezes uma camada externa completa como a de um gás nobre. Só os elétrons externos, os elétrons de valência, participam, e os átomos podem doá-los, recebê-los ou compartilhá-los. Cada escolha leva a um tipo diferente de ligação.

Ligações iônicas: doar e receber elétrons

Uma ligação iônica geralmente se forma entre um metal e um ametal. O átomo de metal perde elétrons e se torna um íon positivo, e o átomo de ametal os ganha e se torna um íon negativo. Cargas opostas se atraem com força, e essa atração é a ligação iônica.

O sal de cozinha é o exemplo clássico. Um átomo de sódio doa seu único elétron externo a um átomo de cloro, formando Na⁺ e Cl⁻. Um cristal de sal não contém pares NaCl separados. Em vez disso, cada Na⁺ é cercado por seis íons Cl⁻ e cada Cl⁻ por seis íons Na⁺, em um padrão repetido em forma de cubo chamado rede cristalina.

Os compostos iônicos geralmente são sólidos duros e quebradiços com pontos de fusão altos: o sal funde a 801 °C. Eles não conduzem eletricidade quando sólidos, mas conduzem quando fundidos ou dissolvidos em água, porque os íons ficam livres para se mover.

Ligações covalentes: compartilhar elétrons

Uma ligação covalente geralmente se forma entre dois átomos de ametal. Nenhum dos átomos atrai com força suficiente para tirar elétrons do outro, então eles compartilham um par de elétrons. O par compartilhado é atraído pelos dois núcleos, o que mantém os átomos unidos. Um grupo de átomos unidos dessa forma é chamado de molécula.

Em uma molécula de água, H₂O, o átomo de oxigênio compartilha um par de elétrons com cada um dos dois átomos de hidrogênio. O oxigênio começou com 6 elétrons externos e agora tem 8 ao redor, e cada hidrogênio agora tem 2, uma primeira camada completa. Os átomos também podem compartilhar dois pares, formando uma ligação dupla como no O₂, ou três pares, formando uma ligação tripla como no N₂.

Muitas substâncias covalentes têm pontos de fusão e de ebulição baixos, então muitas vezes são gases ou líquidos à temperatura ambiente; a água ferve a 100 °C. Algumas, como o diamante, formam redes gigantes de ligações covalentes e são extremamente duras.

Ligações metálicas: um mar de elétrons

Em um metal, os átomos liberam seus elétrons externos em um conjunto compartilhado que se move livremente por todo o metal. O que resta é um arranjo regular de íons metálicos positivos, mantidos unidos por esse “mar” de elétrons. A atração entre os íons e os elétrons em movimento é a ligação metálica.

Os elétrons livres conduzem a corrente elétrica, e é por isso que o cobre é usado em fios, e conduzem o calor, e é por isso que uma colher de metal em uma sopa quente esquenta rápido. Como as ligações não são fixas entre átomos específicos, camadas de íons podem deslizar umas sobre as outras, então os metais se dobram e podem ser martelados em chapas em vez de se quebrar.

Como usar a eletronegatividade para prever a ligação

A eletronegatividade mede com que força um átomo atrai os elétrons compartilhados. Para comparar dois átomos, subtraia o valor menor do maior. Como orientação geral, uma diferença abaixo de cerca de 0,4 significa que os elétrons são compartilhados quase igualmente (covalente apolar), uma diferença entre cerca de 0,4 e 1,7 significa que são compartilhados de modo desigual (covalente polar), e uma diferença acima de cerca de 1,7 geralmente indica uma ligação iônica.

Cloreto de sódio: 3,16 − 0,93 = 2,23, então a ligação é iônica. Água: o oxigênio (3,44) e o hidrogênio (2,20) diferem em 1,24, então as ligações O–H são covalentes polares. O oxigênio atrai os elétrons compartilhados para mais perto e fica com uma pequena carga negativa, enquanto os átomos de hidrogênio ficam levemente positivos. Gás cloro, Cl₂: 3,16 − 3,16 = 0, então os elétrons são compartilhados de forma perfeitamente igual.

Esses limites são orientações gerais, e os livros didáticos usam números ligeiramente diferentes, porque a ligação é, na verdade, uma escala contínua. Um atalho funciona na maioria das vezes: metal + ametal dá ligação iônica, ametal + ametal dá ligação covalente e metal + metal dá ligação metálica.