Ligações iônica, covalente e metálica
Na cozinha, o sal dissolvido na água faz uma lâmpada acender em um circuito de teste, o açúcar dissolvido não faz, e a panela de alumínio esquenta em segundos. Por que materiais tão diferentes se comportam assim? A resposta está em como os átomos estão ligados. Vamos descobrir isso e voltar a essa pergunta no final.
Por que os átomos se ligam
Os átomos se ligam porque, unidos, ficam em um estado de menor energia, mais estável. Em geral, isso significa atingir uma camada de valência com 8 elétrons (regra do octeto; o hidrogênio fica com 2).
Quem decide como a ligação acontece é a eletronegatividade: a tendência de um átomo de atrair elétrons para si.
| Átomos envolvidos | O que acontece com os elétrons | Ligação |
|---|---|---|
| metal + ametal | um átomo cede, o outro recebe | iônica |
| ametal + ametal | os átomos compartilham pares de elétrons | covalente |
| metal + metal | elétrons de valência ficam livres | metálica |
Ligação iônica
No cloreto de sódio, o sódio (1 elétron de valência) cede esse elétron ao cloro (7 elétrons de valência). O sódio vira o cátion $Na^+$ e o cloro vira o ânion $Cl^-$. A atração elétrica entre cargas opostas é a ligação iônica.
Os íons não formam moléculas: eles se organizam em uma rede cristalina, em que cada cátion é cercado por ânions e vice-versa. Por isso $NaCl$ é uma fórmula mínima, que indica a proporção 1 : 1.
Propriedades dos compostos iônicos
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Pontos de fusão e ebulição altos: é preciso muita energia para vencer a atração entre os íons (o NaCl funde a 801 °C).
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Duros e quebradiços: uma pancada desloca uma camada de íons; íons de mesma carga ficam lado a lado, se repelem e o cristal se racha.
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Não conduzem eletricidade no estado sólido, pois os íons estão presos na rede.
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Conduzem fundidos ou dissolvidos em água, pois os íons ficam livres para se mover.
O sal de cozinha é formado por cloreto de sódio, $NaCl$. Indique qual é o tipo de ligação química entre o sódio e o cloro nesse composto e explique, em poucas linhas, o…
O sal de cozinha é formado por cloreto de sódio, $NaCl$. Indique qual é o tipo de ligação química entre o sódio e o cloro nesse composto e explique, em poucas linhas, o que acontece com os elétrons dos átomos nessa ligação.
Em uma aula de laboratório, a professora apresentou à turma o cloreto de sódio sólido, que não conduz corrente elétrica, mas, quando fundido ou dissolvido em água,…
Em uma aula de laboratório, a professora apresentou à turma o cloreto de sódio sólido, que não conduz corrente elétrica, mas, quando fundido ou dissolvido em água, conduz. Explique esse comportamento relacionando-o ao tipo de ligação e à mobilidade das partículas carregadas em cada situação.
Um sólido é duro e quebradiço. Ao receber uma pancada, ele se racha, e ao ser dissolvido em água produz uma solução que conduz corrente elétrica. Argumente se esse…
Um sólido é duro e quebradiço. Ao receber uma pancada, ele se racha, e ao ser dissolvido em água produz uma solução que conduz corrente elétrica. Argumente se esse material é mais compatível com um composto iônico, um metal ou uma substância molecular. Explique, no nível das partículas, por que o deslocamento de camadas do cristal provoca a fratura, e por que um metal se comportaria de maneira diferente diante da mesma pancada.
Ligação covalente
Entre dois ametais nenhum átomo "ganha" o confronto pelos elétrons. Então eles compartilham pares de elétrons, e cada átomo completa o octeto contando os elétrons compartilhados. Na água, o oxigênio compartilha um par com cada hidrogênio: $H-O-H$.
Podemos representar a ligação pela fórmula de Lewis (pontos para elétrons) ou pela fórmula estrutural (traços, um traço = um par):
| Substância | Estrutural | Ligações |
|---|---|---|
| $H_2O$ | H–O–H | 2 simples |
| $CO_2$ | O=C=O | 2 duplas |
| $N_2$ | N≡N | 1 tripla |
Há dois tipos de sólidos covalentes, e a diferença é decisiva:
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Substâncias moleculares (água, $CO_2$, açúcar): as moléculas são pequenas e se atraem fracamente entre si. Em geral têm pontos de fusão baixos e não conduzem eletricidade, pois não há íons nem elétrons livres. As atrações entre as moléculas são estudadas em outro apartado (polaridade e forças intermoleculares).
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Redes covalentes (diamante, quartzo): todos os átomos estão ligados por ligações covalentes em uma rede contínua. São duros e têm pontos de fusão altíssimos, pois é preciso romper as próprias ligações covalentes.
Classifique cada substância a seguir de acordo com o principal tipo de ligação presente (iônica, covalente ou metálica): $Cu$, $H_2O$, $KBr$ e $CO_2$. Escreva uma frase…
Classifique cada substância a seguir de acordo com o principal tipo de ligação presente (iônica, covalente ou metálica): $Cu$, $H_2O$, $KBr$ e $CO_2$. Escreva uma frase justificando cada classificação.
Compare o cloreto de sódio, $NaCl$, o diamante (carbono, $C$, com ligações covalentes em rede) e o gelo-seco, $CO_2$ sólido. Para cada um, indique o tipo de ligação ou…
Compare o cloreto de sódio, $NaCl$, o diamante (carbono, $C$, com ligações covalentes em rede) e o gelo-seco, $CO_2$ sólido. Para cada um, indique o tipo de ligação ou de interação responsável pela estrutura do sólido e discuta qual deles deve ter o maior ponto de fusão e qual deve ter o menor, justificando com base nas forças que precisam ser vencidas na fusão ou sublimação.
Ligação metálica
Os metais têm poucos elétrons de valência, presos fracamente. No modelo do mar de elétrons, cada átomo libera seus elétrons de valência, que formam uma "nuvem" que se move por todo o metal. Os átomos viram cátions fixos, e a atração entre os cátions e o mar de elétrons mantém o metal coeso.
Cada propriedade dos metais vem desse modelo:
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Condutividade elétrica: elétrons livres se movem sob uma diferença de potencial. É por isso que fios de cobre transportam corrente.
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Condutividade térmica: os elétrons livres transferem energia rapidamente (a panela de alumínio esquenta rápido).
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Brilho metálico: os elétrons livres interagem com a luz e a refletem.
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Maleabilidade e ductilidade: as camadas de cátions deslizam umas sobre as outras e o mar de elétrons continua envolvendo todos eles. O metal se deforma sem quebrar.
Os fios de uma instalação elétrica residencial costumam ser feitos de cobre. Cite duas propriedades dos metais, relacionadas à ligação metálica, que justificam esse uso,…
Os fios de uma instalação elétrica residencial costumam ser feitos de cobre. Cite duas propriedades dos metais, relacionadas à ligação metálica, que justificam esse uso, e explique brevemente o modelo do "mar de elétrons".
Lucas percebeu que uma panela de alumínio esquenta rapidamente, enquanto o cabo de plástico da mesma panela permanece mais frio. Explique essa diferença usando o tipo de…
Lucas percebeu que uma panela de alumínio esquenta rapidamente, enquanto o cabo de plástico da mesma panela permanece mais frio. Explique essa diferença usando o tipo de ligação presente no alumínio e a ausência de elétrons livres no plástico. Em seguida, explique por que uma batida forte deforma a panela, mas não a quebra em pedaços.
Identificando a ligação pelas propriedades
Podemos usar propriedades medidas no laboratório para descobrir o tipo de ligação de um material:
| Propriedade | Iônico | Covalente molecular | Metálico |
|---|---|---|---|
| Ponto de fusão | alto | baixo | de médio a alto |
| Condutividade no sólido | não | não | sim |
| Condutividade fundido | sim | não | sim |
| Em solução aquosa | conduz | em geral não conduz | (em geral não se dissolve) |
| Ao ser golpeado | quebra | quebra ou amassa (depende) | deforma |
Observe os dados de três materiais desconhecidos, X, Y e Z: | Material | Ponto de fusão (°C) | Conduz eletricidade no estado sólido? | Conduz eletricidade fundido? |…
Observe os dados de três materiais desconhecidos, X, Y e Z:
| Material | Ponto de fusão (°C) | Conduz eletricidade no estado sólido? | Conduz eletricidade fundido? |
|---|---|---|---|
| X | 801 | Não | Sim |
| Y | 1.085 | Sim | Sim |
| Z | -114 | Não | Não |
Associe cada material a um tipo de ligação (iônica, covalente molecular ou metálica) e justifique sua resposta com base nos dados da tabela.
Resumo
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Iônica (metal + ametal): transferência de elétrons, formando cátions e ânions em uma rede cristalina. Pontos de fusão altos, quebradiço, conduz só fundido ou dissolvido.
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Covalente (ametal + ametal): compartilhamento de pares de elétrons. Moleculares têm pontos de fusão baixos e não conduzem; redes covalentes (diamante) têm pontos de fusão altíssimos.
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Metálica (metal + metal): cátions em um mar de elétrons livres. Conduz calor e eletricidade, tem brilho e é maleável.
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Para classificar um material, combine ponto de fusão e condutividade em cada estado.
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O que decide a condutividade é a mobilidade das cargas: íons presos não conduzem, íons livres e elétrons livres conduzem.