Em formação

2.16: Ligação Química - Biologia


objetivos de aprendizado

Defina a regra do octeto e seu papel nas ligações químicas

Nem todos os elementos têm elétrons suficientes para preencher suas camadas mais externas, mas um átomo está mais estável quando todas as posições do elétron na camada mais externa são preenchidas. Por causa dessas lacunas nas camadas mais externas, vemos a formação de ligações químicas, ou interações entre dois ou mais elementos iguais ou diferentes que resultam na formação de moléculas. Para alcançar maior estabilidade, os átomos tenderão a preencher completamente suas camadas externas e se ligarão a outros elementos para atingir esse objetivo, compartilhando elétrons, aceitando elétrons de outro átomo ou doando elétrons para outro átomo. Como as camadas mais externas dos elementos com números atômicos baixos (até o cálcio, com número atômico 20) podem conter oito elétrons, isso é conhecido como o regra do octeto. Um elemento pode doar, aceitar ou compartilhar elétrons com outros elementos para preencher sua camada externa e satisfazer a regra do octeto.

Um dos primeiros modelos do átomo foi desenvolvido em 1913 pelo cientista dinamarquês Niels Bohr (1885–1962). O modelo de Bohr mostra o átomo como um núcleo central contendo prótons e nêutrons, com os elétrons em camadas circulares de elétrons a distâncias específicas do núcleo, semelhantes a planetas orbitando ao redor do sol. Cada camada de elétron tem um nível de energia diferente, com as camadas mais próximas do núcleo tendo menos energia do que as mais distantes do núcleo. Por convenção, cada camada recebe um número e o símbolo n - por exemplo, a camada de elétrons mais próxima do núcleo é chamada de 1n. Para se mover entre as camadas, um elétron deve absorver ou liberar uma quantidade de energia que corresponde exatamente à diferença de energia entre as camadas. Por exemplo, se um elétron absorve energia de um fóton, ele pode ficar excitado e mover-se para uma camada de energia mais alta; inversamente, quando um elétron excitado cai de volta para uma camada de energia mais baixa, ele libera energia, geralmente na forma de calor.

Modelo de Bohr de um átomo, mostrando os níveis de energia como círculos concêntricos ao redor do núcleo. A energia deve ser adicionada para mover um elétron para um nível de energia mais alto, e a energia é liberada quando um elétron cai de um nível de energia mais alto para um mais próximo. Crédito da imagem: modificado de OpenStax Biology

Os átomos, como outras coisas governadas pelas leis da física, tendem a assumir a configuração mais estável e de menor energia possível. Assim, as camadas de elétrons de um átomo são povoadas de dentro para fora, com elétrons enchendo as camadas de baixa energia mais próximas do núcleo antes de se moverem para as camadas de energia mais alta mais adiante. A camada mais próxima do núcleo, 1n, pode conter dois elétrons, enquanto a próxima camada, 2n, pode conter oito, e a terceira camada, 3n, pode conter até dezoito.

O número de elétrons na camada mais externa de um átomo em particular determina sua reatividade, ou tendência a formar ligações químicas com outros átomos. Esta camada mais externa é conhecida como camada de valência, e os elétrons encontrados nele são chamados elétrons de valência. Em geral, os átomos são mais estáveis, menos reativos, quando sua camada de elétrons mais externa está cheia. A maioria dos elementos importantes em biologia precisam de oito elétrons em sua camada mais externa para serem estáveis, e esta regra é conhecida como regra do octeto. Alguns átomos podem ser estáveis ​​com um octeto, embora sua camada de valência seja a camada 3n, que pode conter até 18 elétrons. Exploraremos o motivo disso quando discutirmos os orbitais de elétrons a seguir.

Exemplos de alguns átomos neutros e suas configurações de elétrons são mostrados abaixo. Nesta tabela, você pode ver que o hélio tem uma camada de valência completa, com dois elétrons em sua primeira e única camada, 1n. Da mesma forma, o neon tem uma camada externa 2n completa contendo oito elétrons. Essas configurações eletrônicas tornam o hélio e o néon muito estáveis. Embora o argônio não tenha tecnicamente uma camada externa completa, uma vez que a camada 3n pode conter até dezoito elétrons, é estável como o néon e o hélio porque tem oito elétrons na camada 3n e, portanto, satisfaz a regra do octeto. Em contraste, o cloro tem apenas sete elétrons em sua camada mais externa, enquanto o sódio tem apenas um. Esses padrões não preenchem a camada mais externa nem satisfazem a regra do octeto, tornando o cloro e o sódio reativos, ansiosos por ganhar ou perder elétrons para atingir uma configuração mais estável.

Diagramas de Bohr de vários elementos. Crédito da imagem: OpenStax Biology

Configurações de elétrons e a tabela periódica

Os elementos são colocados em ordem na tabela periódica com base em seu número atômico, quantos prótons eles possuem. Em um átomo neutro, o número de elétrons será igual ao número de prótons, então podemos determinar facilmente o número de elétrons a partir do número atômico. Além disso, a posição de um elemento na tabela periódica - sua coluna ou grupo e linha ou período - fornece informações úteis sobre como esses elétrons estão organizados.

Se considerarmos apenas as três primeiras linhas da tabela, que incluem os principais elementos importantes para a vida, cada linha corresponde ao preenchimento de uma camada de elétrons diferente: o hélio e o hidrogênio colocam seus elétrons na camada 1n, enquanto os elementos da segunda linha, como Li começa a preencher a camada 2n e os elementos da terceira linha, como Na, continuam com a camada 3n. Da mesma forma, o número da coluna de um elemento fornece informações sobre seu número de elétrons de valência e reatividade. Em geral, o número de elétrons de valência é o mesmo em uma coluna e aumenta da esquerda para a direita em uma linha. Os elementos do grupo 1 têm apenas um elétron de valência e os elementos do grupo 18 têm oito, exceto o hélio, que tem apenas dois elétrons no total. Assim, o número do grupo é um bom preditor de quão reativo cada elemento será:

  • Hélio (He), néon (Ne) e argônio (Ar), como elementos do grupo 18, têm camadas externas de elétrons que estão cheias ou satisfazem a regra do octeto. Isso os torna altamente estáveis ​​como átomos individuais. Por causa de sua não reatividade, eles são chamados de gases inertes ou gases nobres.
  • Hidrogênio (H), lítio (Li) e sódio (Na), como elementos do grupo 1, têm apenas um elétron em suas camadas mais externas. Eles são instáveis ​​como átomos individuais, mas podem se tornar estáveis ​​ao perder ou compartilhar seu único elétron de valência. Se esses elementos perderem totalmente um elétron - como Li e Na normalmente fazem - eles se tornam íons carregados positivamente: Li+, N / D+.
  • O flúor (F) e o cloro (Cl), como elementos do grupo 17, têm sete elétrons em suas camadas mais externas. Eles tendem a atingir um octeto estável ao tirar um elétron de outros átomos, tornando-se íons carregados negativamente: F e Cl.
  • O carbono (C), como um elemento do grupo 14, tem quatro elétrons em sua camada externa. O carbono normalmente compartilha elétrons para atingir uma camada de valência completa, formando ligações com vários outros átomos.

Assim, as colunas da tabela periódica refletem o número de elétrons encontrados na camada de valência de cada elemento, que por sua vez determina como o elemento reagirá.


Assista o vídeo: Ligações química + regra do octeto: Ligação metálica - Aula 10 - Mód. 1 - Química - Prof. Rodrigo (Janeiro 2022).