LIGAÇÕES QUÍMICAS

Os átomos dificilmente ficam sozinhos na natureza. Eles tendem a se unir uns aos outros, formando assim tudo o que existe hoje.

Alguns átomos são estáveis, ou seja, pouco reativos. Já outros não podem ficar isolados. Precisam se ligar a outros elementos. As forças que mantêm os átomos unidos são fundamentalmente de natureza elétrica e são chamadas de Ligações Químicas.

Toda ligação envolve o movimento de elétrons nas camadas mais externas dos átomos, mas nunca atinge o núcleo.
 

ESTABILIDADE DOS GASES NOBRES

De todos os elementos químicos conhecidos, apenas 6, os gases nobres ou raros, são encontrados na natureza na forma de átomos isolados. Os demais se encontram sempre ligados uns aos outros, de diversas maneiras, nas mais diversas combinações.

Os gases nobres são encontrados na natureza na forma de átomos isolados porque eles têm a última camada da eletrosfera completa, ou seja, com 8 elétrons. Mesmo o hélio, com 2 elétrons, está completo porque o nível K só permite, no máximo, 2 elétrons.

Regra do Octeto – Os elementos químicos devem sempre conter 8 elétrons na última camada eletrônica ou camada de valência. Na camada K pode haver no máximo 2 elétrons. Desta forma os átomos ficam estáveis, com a configuração idêntica à dos gases nobres.

Observe a distribuição eletrônica dos gases nobres na tabela a seguir:

NOME	SÍMBOLO	Z	K	L	M	N	O	P	Q
HÉLIO	He	2	2	-	-	-	-	-	-
NEÔNIO	Ne	10	2	8	-	-	-	-	-
ARGÔNIO	Ar	18	2	8	8	-	-	-	-
CRIPTÔNIO	Kr	36	2	8	18	8	-	-	-
XENÔNIO	Xe	54	2	8	18	18	8	-	-
RADÔNIO	Rn	86	2	8	18	32	18	8	-

A estabilidade dos gases nobres deve-se ao fato de que possuem a última camada completa, ou seja, com o número máximo de elétrons que essa camada pode conter, enquanto última. Os átomos dos demais elementos químicos, para ficarem estáveis, devem adquirir, através das ligações químicas, eletrosferas iguais às dos gases nobres.

Há três tipos de ligações químicas:



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Ligação Iônica

A ligação iônica é resultado da alteração entre íons de cargas elétricas contrárias (ânions e cátions).
Esta ligação acontece, geralmente, entre os metais e não-metais.
Metais – 1 a 3 elétrons na última camada; tendência a perder elétrons e formar cátions. Elementos mais eletropositivos ou menos eletronegativos.
Não-Metais – 5 a 7 elétrons na última camada; tendência a ganhar elétrons e formar ânions. Elementos mais eletronegativos ou menos eletropositivos.
Então:
METAL + NÃO-METAL →  LIGAÇÃO IÔNICA
Exemplo: Na e Cl
Na (Z = 11)   K = 2  L = 8  M = 1
Cl (Z = 17)    K = 2  L = 8  M = 7
O Na quer doar 1 é          →     Na+ (cátion)
O Cl quer receber 1 é      →     Cl –  (ânion)
O cloro quer receber 7é na última camada. Para ficar com 8é (igual aos gases nobres) precisa de 1é.

  Na⁺          Cl ^–       →         NaCl
cátion       ânion             cloreto de sódio

As ligações iônicas formam compostos iônicos que são constituídos de cátions e ânions. Tais compostos iônicos formam-se de acordo com a capacidade de cada átomo de ganhar ou perder elétrons. Essa capacidade é a valência.
Observe a tabela com a valência dos elementos químicos (alguns alcalinos, alcalinos terrosos, calcogênios e halogênios):

SÍMBOLO	ELEMENTO QUÍMICO	CARGA ELÉTRICA
Na	SÓDIO	+1
K	POTÁSSIO	+1
Mg	MAGNÉSIO	+2
Ca	CÁLCIO	+2
Al	ALUMÍNIO	+3
F	FLÚOR	-1
Cl	CLORO	-1
Br	BROMO	-1
O	OXIGÊNIO	-2
S	ENXOFRE	-2

Valência de outros elementos químicos:

SÍMBOLO	ELEMENTO QUÍMICO	CARGA ELÉTRICA
Fe	FERRO	+2
Fe	FERRO	+3
Ag	PRATA	+1
Zn	ZINCO	+2

Exemplo: Mg e Cl
  Mg+2                 Cl 1-              →                 MgCl2
cátion         ânion              cloreto de magnésio
Pode-se utilizar a “Regra da Tesoura”, onde o cátion passará a ser o número de cloros (não-metal) na fórmula final e o ânion será o número de magnésio (metal).
Outro exemplo: Al e O
  Al +3              O -2                →                     Al2O3
cátion           ânion                   óxido de alumínio
Neste caso, também foi utilizada a “Regra da Tesoura”.
A fórmula final será chamada de íon fórmula.
Fórmula Eletrônica / Teoria de Lewis

A fórmula eletrônica representa os elétrons nas camadas de valência dos átomos.
Ex. NaCl
A fórmula eletrônica é também chamada de fórmula de Lewis por ter sido proposta por esse cientista.

Ligação Covalente

A ligação covalente, geralmente é feita entre os não-metais e não metais, hidrogênio e não-metais e hidrogênio com hidrogênio.
Esta ligação é caracterizada pelo compartilhamento de elétrons. O hidrogênio possui um elétron na sua camada de valência. Para ficar idêntico ao gás nobre hélio com 2 elétrons na última camada. Ele precisa de mais um elétron. Então, 2 átomos de hidrogênio compartilham seus elétrons ficando estáveis:
Ex.  H (Z = 1)  K = 1
H – H    →   H2
O traço representa o par de elétrons compartilhados.
Nessa situação, tudo se passa como se cada átomo tivesse 2 elétrons  em sua eletrosfera. Os elétrons pertencem ao mesmo tempo, aos dois átomos, ou seja, os dois átomos compartilham os 2 elétrons. A menor porção de uma substância resultante de ligação covalente é chamada de molécula. Então o H2 é uma molécula ou um composto molecular. Um composto é considerado composto molecular ou molécula quando possui apenas ligações covalentes
Observe a ligação covalente entre dois átomos de cloro:

Fórmula de Lewis ou Fórmula Eletrônica

Cl – Cl
Fórmula Estrutural

Cl 2
Fórmula Molecular

Conforme o número de elétrons que os átomos compartilham, eles podem ser mono, bi, tri ou tetravalentes.
A ligação covalente pode ocorrer também, entre átomos de diferentes elementos, por exemplo, a água.

Fórmula de Lewis

 
Fórmula Estrutural

H2O
Fórmula Molecular

A água, no exemplo, faz três ligações covalentes, formando a molécula H2O. O oxigênio tem 6é na última camada e precisa de 2é para ficar estável. O hidrogênio tem 1 é e precisa de mais 1é para se estabilizar. Sobram ainda dois pares de elétrons sobre o átomo de oxigênio.
A ligação covalente pode ser representada de várias formas.
As fórmulas em que aparecem indicados pelos sinais   .   ou   x  são chamadas de fórmula de Lewis ou fórmula eletrônica.
Quando os pares de elétrons são representados por traços (-) chamamos de fórmula estrutural plana, mostrando o número de ligações e quais os átomos estão ligados.
A fórmula molecular é a mais simplificada, mostrando apenas quais e quantos átomos têm na molécula.
Veja o modelo:
                    H .  .  H                                   H – H                                   H2
Fórmula de Lewis ou eletrônica    Fórmula Estrutural Plana     Fórmula Molecular
Tabela de alguns elementos com sua valência (covalência) e a sua representação:

ELEMENTO	COMPARTILHA	VALÊNCIA	REPRESENTAÇÃO
HIDROGÊNIO	1é	1	H –
CLORO	1é	1	Cl –
OXIGÊNIO	2é	2	– O –  e  O =
ENXOFRE	2é	2	– S –  e S =
NITROGÊNIO	3é	3	| – N – , = N –  e N ≡
CARBONO	4é	4	| – C –  , = C = , = C |                       | e  ≡ C –

Ligação Metálica

Ligação metálica é a ligação entre metais e metais. Formam as chamadas ligas metálicas que são cada vez mais importantes para o nosso dia-a-dia.
No estado sólido, os metais se agrupam de forma geometricamente ordenados formando as células, ou grades ou retículo cristalino.
Uma amostra de metal é constituída por um grande número de células unitárias formadas por cátions desse metal.
Na ligação entre átomos de um elemento metálico ocorre liberação parcial dos elétrons mais externos, com a conseqüente formação de cátions, que formam as células unitárias.
Esses cátions têm suas cargas estabilizadas pelos elétrons que foram liberados e que ficam envolvendo a estrutura como uma nuvem eletrônica. São dotados de um  certo movimento e, por isso, chamados de elétrons livres. Essa movimentação dos elétrons livres explica por que os metais são bons condutores elétricos e térmicos.
A consideração de que a corrente elétrica é um fluxo de elétrons levou à criação da Teoria da Nuvem Eletrônica ou Teoria do “Mar” de elétrons.
Pode-se dizer que o metal seria um aglomerado de átomos neutros e cátions, mergulhados numa nuvem ou “mar” de elétrons livres. Esta nuvem de elétrons funcionaria como a ligação metálica, que mantém os átomos unidos.

  

                                  Figura geométrica do NaCl (cloreto de sódio)          

Um cristal ou retículo cristalino de NaCl aumentado 300 vezes

São estas ligações e suas estruturas que os metais apresentam uma série de propriedades bem características, como por exemplo, o brilho metálico, a condutividade elétrica, o alto ponto de fusão e ebulição, a maleabilidade, a ductilidade, a alta densidade e a resistência á tração.
As ligas metálicas são a união de dois ou mais metais. Às vezes com não-metais e metais. As ligas têm mais aplicação do que os metais puros.
Algumas ligas:
- bronze (cobre + estanho) – usado em estátuas, sinos

- aço comum (ferro + 0,1 a 0,8% de carbono) – com maior resistência à tração, é usado em construção, pontes, fogões, geladeiras.

  

- aço inoxidável (ferro + 0,1 de carbono + 18% de cromo + 8% de níquel) – não enferruja (diferente do ferro e do aço comum), é usado em vagões de metrô, fogões, pias e talheres.

  

- latão (cobre + zinco) – usado em armas e torneiras.

  

- ouro / em jóias (75% de ouro ou prata + 25% de cobre) – usado para fabricação de jóias. Utiliza-se 25% de cobre para o ouro 18K. E o ouro 24K é considerado ouro puro.

As substâncias metálicas são representadas graficamente pelo símbolo do elemento:
Exemplo: Fe, Cu, Na, Ag, Au, Ca, Hg, Mg, Cs, Li.

EXPLORANDO O AMBIENTE SEM DESTRUÍ-LO

Quase tudo o que necessitamos vem da natureza. Os alimentos, os metais, a água, a madeira, os animais. Estes são, portanto, os recursos naturais.
Recursos Naturais Renováveis são aqueles que podem ser repostos na natureza. Quando colhemos um vegetal para a alimentação, podemos plantar outro em seu lugar para substituí-lo. Assim acontece com as árvores, através do reflorestamento. São também recursos naturais renováveis, os animais.
Recursos Naturais Não-Renováveis são aqueles que depois de serem retirados da natureza não tem como repor. Muitos destes recursos correm o risco de acabar. É o caso dos minerais, do petróleo, do carvão.
Para conter o esgotamento deste tipo de recurso natural há algumas medidas básicas:
- planejar cuidadosamente a extração e utilização dos recursos;
- evitar a exploração em excesso;
- pesquisar novas fontes alternativas para substituir os recursos.

SANEAMENTO BÁSICO E SAÚDE PÚBLICA

Saneamento Básico é a manutenção da limpeza de um determinado local para garantir a higiene necessária para a saúde da população.
É também a manutenção de postos de saúde que disponibilizam vacinas à população para o combate de doenças.
O saneamento básico consiste em:
- tratamento da água;
- tratamento de esgoto;
-uso de encanamentos da água tratada para a distribuição nas casas e indústrias;
- canalização do esgoto;
- coleta e tratamento do lixo;
- vacinação;
- realização de campanhas em defesa da saúde pública contra as doenças.
Lixo
Em algumas cidades do Brasil, não há rede de tratamento de esgotos ou de coleta de lixo. Ainda há muitos casos de doenças provenientes da falta de saneamento básico.
Algumas medidas podem ser adotadas pela população para evitar que as doenças se espalhem, como por exemplo:
- não deixar lixo espalhado no chão, nem em recipientes descobertos;
- aterrar poças de água e valas onde acumulem água;
- não atirar lixo e restos de comida em terrenos baldios;
- construir fossas sanitárias onde não há rede de esgoto.
Até o fim dos anos 90, o Brasil produzia cerca de 80 mil toneladas de lixo por dia. Apenas metade deste lixo era coletada. Das 40 mil toneladas coletadas, uma parte é encaminhada para os aterros e outra parte vai para os lixões à céu aberto. O restante fica na beira de rios e córregos.
A coleta e o destino dos lixos é um grande problema, ainda mais nas grandes cidades, que geram toneladas de lixo por dia. O crescimento da população e o aumento de materiais que não degradam, como os plásticos, só pioram a situação.
Para descartar o lixo produzido há aterros sanitários, onde ele é lançado ao solo, em camadas comprimido por tratores e cobertas com terra.

A incineração (queima) também é uma boa medida. Mas deve-se usar filtro de tratamento para não poluir o ar atmosférico.
O lixo pode ser reciclado. Há uma parte que apodrece (lixo orgânico, como restos de comida), que pode servir como adubo orgânico. E a parte que não apodrece (lixo inorgânico, seco, como plásticos, vidro, latas. papel) pode ser reaproveitada pelas indústrias para a fabricação de novos produtos.
Reciclar o lixo orgânico é uma atitude ecologicamente correta porque colabora na diminuição da quantidade de lixo produzido e ainda ajuda no retorno da matéria orgânica ao solo, que fica enriquecido.
Um dos resíduos mais tóxicos que estamos habitualmente em contato é o mercúrio, que está presente nas pilhas e baterias. Este metal pesado, quando descartado enferrujam. Com o enferrujamento, as pilhas abrem fazendo com que vaze o mercúrio e também outro metal tóxico, o cádmio. Assim, poluem o solo e também as águas. Hoje já existem postos de coletas deste material para possível reciclagem para não poluir o meio ambiente.

PRESERVANDO AMBIENTES

Para manter o meio ambiente é necessário adotar programas de defesa. O governo do Brasil e instituições privadas nacionais e internacionais adotaram alguns destes programas para defender a natureza. São eles:
- criação de áreas para proteção e preservação da fauna e flora;
- tratamento de esgotos de indústrias para diminuir a poluição em rios e mares;
- filtração dos poluentes da atmosfera;
- substituição do gás CFC por outros gases menos poluentes.
Para proteger as muitas áreas naturais, o governo criou várias unidades de conservação, tais como os parques nacionais, as reservas biológicas, as estações ecológicas e as florestas nacionais.
Os Parques Nacionais onde a natureza praticamente não foi alterada pelo homem. Estão abertos para visitação pública. Alguns exemplos de parque nacional são:
- Parque Nacional da Amazônia (PA);
- Parque Nacional de Brasília (DF);
- Parque Nacional Marinho de Fernando de Noronha (PE).

As Reservas Biológicas são áreas onde o governo garante a proteção e manutenção de florestas e outras formações vegetais. Serve também para realização de pesquisas científicas. São exemplos de reservas Biológicas:
- Reserva Biológica do Atol das Rocas (RN);
- Reserva Biológica de Serra Negra (PE);
- Reserva Biológica do Poço das Antas (RJ).
As Estações Ecológicas podem ter apenas 10% da sua extensão modificada. E somente para experimentos científicos. São exemplos:
- Estação Ecológica do Taim (RS);
- Estação Ecológica do Jarí (PA);
- Estação Ecológica da Juréia (SP).
As Florestas Nacionais são áreas de grandes recursos vegetais que podem ser explorados por empresas particulares, mas há algumas restrições, alguns limites  impostos. Estes limites são decididos pelo governo. São exemplos:
- Floresta Nacional de Passo Fundo (RS);
- Floresta Nacional de Ibirama (SC);
- Floresta Nacional de Passa-Quatro (MG).

PRESERVANDO O AR ATMOSFÉRICO

Grandes cidades do mundo, com seus carros e suas fábricas, lançam enormes quantidades de gases tóxicos e partículas sólidas na atmosfera. Esta poluição é uma ameaça à saúde do homem e à vida em geral.
A fumaça que polui o ar vem da queima de combustíveis como:
- carvão, de siderúrgicas, metalúrgicas e etc;
- gasolina, dos automóveis;
- óleo diesel, de fábricas e automóveis;
- madeira, de queimadas das florestas.
Esses combustíveis quando queimados geram toneladas de poluentes, que vão para o ar atmosférico.
Gases Tóxicos
Já existe uma quantidade aproximada definida de gases na atmosfera. Se há excesso de outros gases tóxicos, dizemos que o ar está poluído.
O monóxido de carbono (CO) é um gás inodoro (sem cheiro) e incolor (sem cor) que pode causar a morte. É obtido através da queima de alguns combustíveis que contenham carbono (C).
Quando inspirado, ele chega nos pulmões e vai para o sangue. Penetra no interior das hemácias ou glóbulos vermelhos e combina-se com a substância hemoglobina, que é responsável pelo transporte e distribuição de oxigênio. Causa enfraquecimento dos vasos sanguíneos, náuseas e diarréias. A pessoa submetida à altas concentrações de CO pode morrer de asfixia.
O gás carbônico (CO2) participa de 0,04% da composição total dos gases na atmosfera. É muito importante para a vida na Terra. Auxilia na fotossíntese das plantas.
A concentração deste gás vem aumentando na atmosfera devido à queima dos combustíveis fósseis e derivados.
Este aumento na concentração deste gás pode provocar o efeito estufa.
A radiação solar (luz e calor em forma de radiação infravermelha IV) atravessa a atmosfera, chega na superfície da terra e se reflete. Parte deste calor fica na superfície e outra parte vai para o espaço. Do calor que vai para o espaço, parte atravessa a atmosfera e a outra fica presa na atmosfera. Esse é o efeito estufa, que aquece a Terra. Se há muito gás carbônico, menor é a quantidade de radiação IV que vai para o espaço. Esse calor fica preso na terra, elevando a temperatura. É o que chamamos de Aquecimento Global.
O dióxido de enxofre (SO2) e os óxidos de nitrogênio (por exemplo, o NO2) também aparecem na atmosfera como resultada da queima dos combustíveis fósseis e seus derivados.
Podem causar ardor nos olhos, irritação no nariz, garganta e brônquios.
Na atmosfera, estes gases se combinam com a água da chuva provocando várias reações químicas. Depois voltam à superfície terrestre em forma de chuva ácida, causando sérios danos ao homem e ao meio ambiente.
A chuva normalmente já é ácida, mas com a poluição, ela se torna mais ácida ainda.
Chuva normal (levemente ácida):
H2O  +  CO2   →  H2CO3       formação de ácido carbônico

Chuva Ácida:
H2O  +  SO2   →  H2SO3     formação de ácido sulfuroso
H2O  +  SO3   →  H2SO4    formação de ácido sulfúrico
H2O  +  NO2   →  HNO3      formação de ácido nítrico

A chuva ácida pode destruir as plantações, provoca envenenamento dos rios matando peixes e outros animais marinhos. Corrói carros, monumentos, mármores e casas.
O clorofluorcarbono (CFC) ou gás freon foi criado em 1928 para ser utilizado em refrigeradores, aparelhos de ar condicionado, aerossóis (spray) e para fabricar plásticos porosos.
O CFC, assim como o metano (CH4) pode destruir a camada de ozônio. A diminuição ou o espessamento desta camada pode alterar o clima na terra. Aumenta também a radiação UV (ultravioleta) causando mais casos de câncer de pele nos seres humanos.
O isopor é um material que contém CFC, não é degradável e nem é reciclável. Ocupa muito espaço porque não é muito denso. Também é considerado um agente poluidor do meio ambiente.
Metais Pesados
Metais pesados como o chumbo (Pb), mercúrio (Hg) e cádmio (Cd) são jogados no ar por meio de chaminés, fundições e minas.
A intoxicação por Hg pode causar males ao organismo como inflamação na boca, queda dos dentes, náuseas, cegueira e pode levar a morte.

No Brasil, o Hg é utilizado muito nas zonas de garimpo. Serve para formar uma mistura com ouro (Au), separando-o das impurezas. Logo em seguida, o garimpeiro usa o maçarico para evaporar o Hg e obter o ouro. O Hg evaporado é inalado por este garimpeiro, intoxicando-o. o metal pode passar da atmosfera para a água dos rios contaminando peixes e outros animais consumidos como alimento pelo homem.

Filtrando Poluentes da Atmosfera
Para diminuir a poluição na atmosfera são usado filtros nas chaminés das indústrias. O ar fica mais leve e limpo, portanto, mais apropriado para a respiração dos seres vivos.