As ligações Químicas e a linguagem

Toda a diversidade da química resulta de apenas cerca de 100 elementos diferentes ou seja, apenas 100 diferentes tipos de átomos. Mas o que explica a existência dessa variedade tão grande de substâncias ou materiais no mundo?

A resposta, na verdade, é bem simples.

Em certo sentido, os átomos são como as 26 letras do alfabeto que se juntam em diferentes combinações, para formar o imenso número de palavras todos os possíveis (e imagináveis) idiomas.

Uma palavra é formada por componentes elementares, que são as letras. Da mesma forma, as moléculas são formadas por componentes elementares, que são os elementos que podemos encontrar na Tabela periódica. Assim como em existem regras para formar e ordenar as palavras, existem regras químicas para formar moléculas.

Assim como podemos associar as letras do alfabeto, de A a Z, com os números de 1 a 26, para cada elemento é dado não é apenas um nome, mas também um número, chamado de número atômico, muitas vezes escrito como “Z”.

Os átomos do elemento de Hidrogênio são os mais simples; tem número atômico 1. Os átomos mais complexos disponíveis naturalmente são aqueles do elemento de Urânio, que tem o número atómico 92. Outros incluem Oxigênio (8), Nitrogênio (7), de Cálcio (20), Cripton (36), de Lantânio (57), a Platina (78). Você pode encontrar a lista completa na Tabela Periódica.

Muitas vezes vemos os átomos representados como na imagem abaixo.

Esta figura mostra uma idéia aproximada de como é a estrutura de um átomo.

Ele tem um certo número de elétrons (carga negativa — preto) do lado de fora, orbitando em torno de um núcleo atômico central. O núcleo é um conjunto de prótons (carga positiva — vermelho) e nêutrons (sem carga — azul). Quando o número de elétrons e prótons é igual, as cargas positivas e negativas se cancelam. Desta forma, os átomos não têm carga elétrica — eles são eletricamente neutros.

O número atômico (Z) é simplesmente a quantidade de prótons que um átomo possui. As principais funções do núcleo são fornecer a carga positiva que mantém os elétrons no átomo, e proporcionar maior parte da massa do átomo. É como a estrutura de um idioma.

Para formar as palavras, você precisa seguir as regras em curso no seu idioma. Por exemplo, em português o cedilha (ç) não pode ser usado no início de palavras. Para formar as moléculas o que mais importa são os elétrons, mais especificamente aqueles que ficam na última camada do átomo, a camada de valência. São estes elétrons que vão determinar as ligações químicas.

Vamos então às regras:

A regra para fazer moléculas é simples. É a regra do octeto.

Olhando para a estrutura do átomo, podemos ver que ele pode ter várias camadas, dependendo do número de elétrons que possui. A primeira camada é preenchida com 2 elétrons, a segunda é preenchido com 8 elétrons, a terceira também com 8. Você pode ver que o Sódio (Na) e Magnésio (Mg) tem apenas 1 e 2 elétrons, respectivamente, na terceira camada.

Eles têm duas possibilidades:

1) eles podem tentar chegar a oito elétrons para encher sua terceira camada.
2) eles podem desistir de um ou 2 elétrons e ter uma segunda camada cheia.

Pensando bem, é mais fácil dar um ou dois elétrons (opção 2) do que sair por aí e encontrar seis ou sete para preencher sua última camada (opção 1).

Assim como Sódio (Na) e Magnésio (Mg) querem doar seus elétrons, existem átomos que querem receber! Oxigênio (O) e Flúor (F) são dois bons exemplos.

O Oxigênio está à procura de um par de elétrons para completar sua última camada, assim como o Flúor, que procura apenas 1. A primeira camada deles está preenchida com dois elétrons, mas a segunda camada quer ter oito.

Há 2 maneiras satisfazer todo mundo. Eles podem apenas pegar emprestado os elétrons, fazendo uma ligação iônica. Imagine que um átomo de Sódio se junta com um átomo de Flúor.

O Sódio desiste de seu elétron extra na última camada. Assim, a última camada do Sódio se torna a segunda, que está completa! O átomo de Flúor (F) também tem uma agora uma segunda camada completa, com o elétron que ele pegou emprestado do Sódio. Quando um átomo dá um elétron, torna-se positivo (Na +). Quando um átomo recebe um elétron extra, torna-se carregado negativamente como o íon flúor (F-).

As cargas positivas e negativas continuam a atrair um ao outro como ímãs. A atração de cargas opostas é a maneira como eles mantém o vínculo. Esta é a ligação iônica. As moléculas formadas por ligações iônicas são sólidos nas condições normais de temperatura e pressão, possuem um alto ponto de fusão e de ebulição, além conduzir corrente elétrica quando dissolvidos em água.

A segunda opção do átomo de Flúor é compartilhar elétrons. Neste caso, ele pode compartilhar com outro átomo de Flúor.

Os átomos formam uma ligação covalente.

Os dois elétrons compartilhados fazem que a última camada dos dois átomos fique completa, e esse compartilhamento mantém a molécula unida. As moléculas formadas com ligações covalentes são encontradas nos 3 estados físicos da matéria, tem ponto de fusão e ebulição menores do que os de ligação iônica e, quando puros não conduzem eletricidade.

Existe uma ligação que acontece apenas com um átomo. Mais ou menos como o tailandês, mais especificamente o rachasap (ou “vocabulário real”). Sim, se você quiser bater um papo com o rei na Tailândia, existe um idioma específico para falar apenas com ele.

Esta ligação é a Ligação (ou Ponte) de Hidrogênio.

Isso acontece porque o Hidrogênio tem apenas uma camada de elétrons, que é ao mesmo tempo a primeira e a última. Como vimos antes, para ser estável os átomos procuram completar suas camadas.

O número de elétrons para a primeira camada é 2. Ao se ligar com algum átomo muito eletronegativo, ou seja, alguém que quer muito um elétron (tipo N, O, F), o único elétron do Hidrogênio que entrou para o compartilhamento fica tão próximo do outro átomo que o núcleo (próton) de H fica sozinho.

Isso não acontece com os outros átomos porque eles tem outras camadas de elétrons. Assim, quando eles compartilham elétrons, seja na ligação iônica ou covalente, eles continuam cercados por outros elétrons das outras camadas.

A Ligação de Hidrogênio pode ser considerada uma interação muito íntima. Isso porque o Hidrogênio tende a ficar muito perto do outro átomo, para não deixar o seu núcleo tão isolado. Mesmo assim, o Hidrogênio fica carregado positivamente.

Um bom exemplo deste tipo de ligação é a molécula da água, H2O. Os átomos H de uma molécula de água podem interagir com os átomos de oxigênio de outra molécula de água. Isso só acontece devido às Ligações de Hidrogênio. Apesar de algo semelhante acontecer na ligação iônica, aqui a interação é muito mais forte.

As regras para formar palavras mudam em diferentes idiomas, assim como cada átomo tem uma preferência para formar ligações. Podemos dividir em grupos, como línguas latinas, saxãs, entre outros, assim como na Tabela Periódica dividimos os átomos em grupos. Cada um se comporta com base nas regras de preenchimento de camadas de elétrons.

Isso é bom. Imagina se cada átomo decidisse por conta própria as suas regras, ou cada pessoa escolhesse um idioma para conversar. Pior mesmo seria se cada um criasse o seu próprio idioma. Eu conheço alguns criados mais recentemente: o klingon do Star Trek, o idioma élfico de Senhor dos Anéis, o wookie de Star Wars e o na’vi do Avatar. Existe até uma versão de Hamlet, de William Shakespeare, em Klingon.

taH pagh taHbe’ (ser ou não ser, em Klingon).

Imagina a confusão

Não, não falo nenhum deles, é muito complicado ter seu próprio idioma. Nestas horas, é melhor ter regras gerais, saber delas e conviver bem com o seu Universo.

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