Ligação Química
Uma ligação química entre dois átomos se estabelece quando a força de união entre eles é suficiente para dar origem a um agregado estável, que pode ser considerado como espécie molecular independente. Apenas os gases nobres ou inertes - hélio, argônio, neônio, criptônio e xenônio -- e os metais em estado gasoso apresentam estrutura interna configurada por átomos isolados. As demais substâncias químicas puras se constituem de mais de um átomo do mesmo elemento químico (substâncias simples, como o oxigênio, de fórmula molecular O2) ou de átomos de elementos químicos diferentes (substâncias compostas, como a água, de fórmula molecular H2O, com dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio). A quantidade de ligações que o átomo de um elemento pode efetuar simultaneamente expressa sua capacidade de se combinar, também chamada valência. Cada elemento apresenta, normalmente, um número fixo e limitado de valências.
Ao longo do século XIX, enquanto se formulava a teoria atômica, sucederam-se com maior ou menor grau de acerto suposições sobre a natureza das forças que mantêm unidos os átomos nos compostos químicos. Uma das hipóteses mais aceitas foi a de Berzelius, segundo a qual as combinações químicas obedecem ao princípio da atração entre cargas elétricas de sinais opostos.
Distinguem-se vários tipos de ligação química: eletrovalente (ou iônica), covalente, metálica e a ligação que se estabelece por ponte de hidrogênio. Segundo a teoria do octeto, enunciada pelo cientista americano Gilbert Newton Lewis, os átomos ao se combinarem tendem a assumir a estrutura eletrônica do gás nobre que lhe é mais próximo na tabela periódica. As ligações químicas são, portanto, a solução para uma configuração eletrônica estável.
A diferença entre as quantidades de energia necessárias para arrancar um
elétron de um átomo desempenha papel fundamental na constituição das
ligações químicas. Nos metais alcalinos, essa energia é mínima. Os
elementos desse grupo apresentam, portanto, grande reatividade, ou seja,
unem-se facilmente a outros elementos. Já os gases nobres, em que essa
energia é máxima, apresentam grande dificuldade para formar combinações,
motivo por que são chamados gases inertes.
Ligação eletrovalente ou iônica - Albrecht Kossel observou, em 1916, a
mudança brusca de propriedades entre os elementos que precedem e os que
sucedem imediatamente aos gases nobres na classificação periódica dos
elementos, fato que deu origem a sua teoria da ligação iônica. Segundo o
raciocínio de Kossel, a estrutura eletrônica de um gás nobre é ótima e
estável, como resultado da perfeita distribuição dos elétrons em seu
envoltório. Assim, os elementos do grupo dos halogênios (flúor, cloro e
bromo) e dos calcogênios (oxigênio, enxofre), que apresentam na última
camada menos elétrons do que os gases nobres, caracterizam-se por grande
afinidade eletrônica, ou capacidade de captação das partículas
elementares. Ao contrário, os alcalinos (sódio, potássio),
alcalino-terrosos (cálcio, magnésio) e os metais em geral têm forte
tendência a perder elétrons para adquirir uma estrutura estável.
Quando se ligam átomos com comportamentos eletrônicos opostos, a transferência de elétrons dá origem a átomos eletricamente carregados, os íons: cátions, átomos que ao ceder elétrons adquiriram carga positiva; e ânions, átomos que receberam elétrons e adquiriram carga negativa. A ligação iônica assim verificada, característica dos sais alcalinos e alcalino-terrosos, se sustenta principalmente nas forças de atração eletrostática, embora seja também importante a energia da combinação que se forma, chamada energia de rede, ou reticular.
Ligação covalente - Quando dois átomos compartilham um par de elétrons
praticamente da mesma maneira, produz-se entre os dois uma ligação
covalente. Essa união, que se verifica entre átomos de natureza
semelhante, é a mais comum nos compostos orgânicos. Também formam
ligação covalente as moléculas diatômicas de grande estabilidade do
oxigênio, nitrogênio, hidrogênio, flúor e cloro.
O par de elétrons que participa da ligação pode ficar mais próximo do átomo que exerça sobre ele maior força de atração. Essa ligação, chamada covalente polar, forma um pequeno dipolo elétrico, embora a molécula, no conjunto, seja neutra. A água e o amoníaco são exemplos de compostos desse tipo. As substâncias polares que contêm hidrogênio podem apresentar ocasionalmente em sua estrutura molecular as chamadas pontes de hidrogênio.
Ligação metálica - Do ponto de vista químico, os metais se caracterizam
por possuir poucos elétrons na camada exterior do átomo. Segundo a
teoria da ligação metálica, esses elétrons formam uma "nuvem
eletrônica", que ocupa faixas limitadas no interior do metal, as
chamadas zonas de Brillain, e podem passar facilmente de uma para outra,
o que justifica a relativa liberdade de que desfrutam dentro da rede. O
sólido metálico seria assim formado pelos núcleos dos átomos
mergulhados nessa nuvem eletrônica, que pertence ao conjunto.
Ligação por ponte de hidrogênio - Nas moléculas formadas por átomos de
hidrogênio unidos a elementos com forte afinidade por elétrons, os
átomos de hidrogênio são atraídos simultaneamente por vários outros
átomos e formam pontes de hidrogênio. Esse tipo de ligação explica a
estrutura e o comportamento de vários hidretos, ou combinações de
hidrogênio com átomos de alta afinidade eletrônica, como o flúor (de que
resulta o hidreto de flúor), o oxigênio (na molécula de água) e o
nitrogênio (que dá origem ao amoníaco). Devido a essa associação, tais
hidretos possuem pontos de fusão e de ebulição mais altos do que o
esperado. A ligação por ponte de hidrogênio também pode explicar por que
o gelo flutua na água: sua densidade é menor porque as pontes de
hidrogênio formam espaços vazios na estrutura reticular do gelo que não
existem no líquido.
Ligações e reações químicas - As substâncias químicas são formadas por
moléculas compostas de átomos, unidos entre si por meio de ligações
químicas. A energia armazenada por essas ligações, somada à da rede
molecular do conjunto, determina a estabilidade dos compostos. Uma
reação química rompe as ligações existentes entre os átomos das
substâncias iniciais, ou reagentes, para dar origem a produtos finais da
reação, por meio de novas ligações. A viabilidade de uma reação é dada
pelo balanço global de energias que participam do processo. É necessário
que exista uma energia inicial suficiente para eliminar a estabilidade
das ligações dos reagentes e que os produtos finais tenham caráter
altamente estável. Em caso contrário, reconstituem-se as substâncias
iniciais.