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2.10: Ligações Covalentes
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Covalent Bonds
 
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2.10: Covalent Bonds

2.10: Ligações Covalentes

Overview

When two atoms share electrons to complete their valence shells they create a covalent bond. An atom’s electronegativity—the force with which shared electrons are pulled towards an atom—determines how the electrons are shared. Molecules formed with covalent bonds can be either polar or nonpolar. Atoms with similar electronegativities form nonpolar covalent bonds; the electrons are shared equally. Atoms with different electronegativities share electrons unequally, creating polar bonds.

A Covalent Bond Is Formed by Two Shared Electrons

The number of covalent bonds that an atom can form is dictated by how many valence electrons it has. Oxygen, for example, has six out of eight possible valence electrons, meaning that each oxygen atom needs two more electrons to become stable. Oxygen can form single bonds with two other atoms, as it does when it forms water with two hydrogen atoms (chemical formula H2O). Oxygen can also form a double bond with just one other atom that also needs two more electrons to complete its octet (e.g., another oxygen atom). Carbon has four valence electrons and therefore can form four covalent bonds, as it does in methane (CH4).

When a covalent bond is made, both atoms share a pair of electrons in a hybrid orbital that differs in shape from a normal orbital. The electrons participating in the bond thus orbit in a modified path around the nuclei of both atoms. Covalent bonds are strong and, once formed, cannot be broken by physical forces.

Electronegativity Determines Whether a Molecule Is Polar or Nonpolar

Electronegativity is the tendency of an atom to attract electrons in a bond. The most electronegative atom is fluorine. Starting with fluorine at the top right corner of the periodic table (omitting the noble gases in the rightmost column), the electronegativity of atoms tends to decrease with diagonal leftward movement down the periodic table, such that atoms with the lowest electronegativities are at the bottom left corner (e.g., francium, or Fr). If atoms have extremely different electronegativities, they will likely form ions instead of covalent bonds. However, for atoms that form covalent bonds with one another, their electronegativity values determine whether the bond will be polar or nonpolar.

A nonpolar bond is one in which the electrons are shared equally, and there is no charge across the molecule. A polar bond, by contrast, occurs when one atom is more electronegative than another and pulls the electrons toward it. Polar bonds have a partial negative charge on one side and a partial positive charge on the other, which is important because it causes polar molecules to behave differently than nonpolar ones.

Polar molecules are hydrophilic because their partial charges attract them to other charged molecules, which also means they are soluble in water. Nonpolar molecules—those containing long stretches of hydrocarbons, such as fats—are said to be hydrophobic. Unlike polar molecules, nonpolar molecules will not dissolve in water. Cells are often surrounded by fluid and have cytoplasms that contain water. Thus, the way a molecule interacts with water and other charged molecules impact how it is transported and used by cells.

Visão geral

Quando dois átomos compartilham elétrons para completar suas conchas de valência eles criam uma ligação covalente. A eletronegatividade de um átomo — a força com a qual os elétrons compartilhados são puxados em direção a um átomo — determina como os elétrons são compartilhados. Moléculas formadas com ligações covalentes podem ser polares ou nãopolares. Átomos com eletronegatividades semelhantes formam ligações covalentes nãopolares; os elétrons são compartilhados igualmente. Átomos com diferentes eletronegatividades compartilham elétrons de forma desigual, criando ligações polares.

Um laço covalente é formado por dois elétrons compartilhados

O número de ligações covalentes que um átomo pode formar é ditado por quantos elétrons de valência ele tem. O oxigênio, por exemplo, tem seis de oito elétrons de valência possíveis, o que significa que cada átomo de oxigênio precisa de mais dois elétrons para se tornar estável. O oxigênio pode formar ligações únicas com dois outros átomos, como acontece quando forma água com dois átomos de hidrogênio (fórmula química H2O). O oxigênio também pode formar uma ligação dupla com apenas um outro átomo que também precisa de mais dois elétrons para completar seu octeto (por exemplo, outro átomo de oxigênio). O carbono tem quatro elétrons de valência e, portanto, pode formar quatro ligações covalentes, como faz no metano (CH4).

Quando uma ligação covalente é feita, ambos os átomos compartilham um par de elétrons em um orbital híbrido que difere em forma de um orbital normal. Os elétrons que participam da ligação orbitam assim em um caminho modificado ao redor dos núcleos de ambos os átomos. Os laços covalentes são fortes e, uma vez formados, não podem ser quebrados por forças físicas.

A eletronegatividade determina se uma molécula é polar ou não polar

A eletronegatividade é a tendência de um átomo atrair elétrons em uma ligação. O átomo mais eletronegativo é o flúor. Começando com flúor no canto superior direito da tabela periódica (omitindo os gases nobres na coluna mais à direita), a eletronegatividade dos átomos tende a diminuir com o movimento diagonal para a esquerda na tabela periódica, de modo que os átomos com as menores eletronegatividades estão no canto inferior esquerdo (por exemplo, francium ou Fr). Se os átomos tiverem eletronegatividades extremamente diferentes, eles provavelmente formarão íons em vez de ligações covalentes. No entanto, para átomos que formam ligações covalentes entre si, seus valores de eletronegatividade determinam se a ligação será polar ou nãopolar.

Uma ligação nãopolar é aquela em que os elétrons são compartilhados igualmente, e não há carga através da molécula. Uma ligação polar, em contraste, ocorre quando um átomo é mais eletronegativo do que outro e puxa os elétrons em direção a ele. As ligações polares têm uma carga negativa parcial de um lado e uma carga positiva parcial do outro, o que é importante porque faz com que as moléculas polares se comportem de forma diferente das não polares.

Moléculas polares são hidrofílicas porque suas cargas parciais as atraem para outras moléculas carregadas, o que também significa que são solúveis em água. Moléculas nãopolares — aquelas que contêm longos trechos de hidrocarbonetos, como gorduras — são consideradas hidrofóbicas. Ao contrário das moléculas polares, moléculas não polares não se dissolverão na água. As células são frequentemente cercadas por fluidos e têm citoplasmas que contêm água. Assim, a forma como uma molécula interage com a água e outras moléculas carregadas impacta na forma como é transportada e usada pelas células.

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