Exercícios de ligação covalente com gabarito ajudam a compreender como os átomos compartilham elétrons para formar moléculas. Para resolvê-los bem, é necessário identificar os elétrons de valência, aplicar a regra do octeto quando ela for adequada, montar estruturas de Lewis e observar se há ligação simples, dupla ou tripla.
As ligações covalentes aparecem principalmente entre ametais e também em substâncias formadas por hidrogênio e ametais. Elas constituem moléculas importantes, como água, gás carbônico, oxigênio e metano. Neste material, você encontrará uma revisão objetiva e questões com resolução para treinar o conteúdo cobrado na escola e em exames.
O que é ligação covalente
Uma ligação covalente é formada quando dois átomos compartilham pares de elétrons. Esse compartilhamento tende a tornar a camada de valência mais estável. Em muitos casos, os átomos procuram completar oito elétrons na última camada, ideia conhecida como regra do octeto.
O hidrogênio é uma exceção importante: como sua primeira e única camada comporta no máximo dois elétrons, ele busca completar um dueto. Assim, na molécula de H2, cada átomo de hidrogênio compartilha um elétron e passa a estar associado a dois elétrons na camada externa.
O número de elétrons que um átomo costuma compartilhar depende de sua família na tabela periódica. O carbono, por exemplo, tem quatro elétrons de valência e frequentemente forma quatro ligações. O nitrogênio geralmente forma três; o oxigênio, duas; e os halogênios, como flúor e cloro, uma.
Atenção: a regra do octeto é um modelo muito útil, mas não é absoluto. Há moléculas com número ímpar de elétrons, compostos em que o átomo central fica com menos de oito elétrons e elementos do terceiro período em diante que podem apresentar octeto expandido.
Como representar estruturas de Lewis
As estruturas de Lewis mostram os elétrons da camada de valência. Os elétrons que não participam diretamente das ligações são chamados de pares de elétrons não ligantes ou pares isolados. Uma linha entre os símbolos químicos representa um par de elétrons compartilhado.
Passo a passo para montar a estrutura
- Some os elétrons de valência de todos os átomos. Em íons, adicione elétrons para cada carga negativa ou retire elétrons para cada carga positiva.
- Escolha o átomo central. Em geral, ele é o menos eletronegativo, exceto o hidrogênio, que nunca ocupa essa posição.
- Faça ligações simples entre o átomo central e os átomos periféricos.
- Complete inicialmente o dueto do hidrogênio e o octeto dos átomos periféricos com pares isolados.
- Coloque os elétrons restantes no átomo central. Se ele ainda não completar o octeto, transforme pares isolados dos átomos periféricos em ligações duplas ou triplas.
Na água, H2O, o oxigênio possui seis elétrons de valência e cada hidrogênio possui um. Há oito elétrons de valência no total. O oxigênio fica no centro, estabelece duas ligações simples com os hidrogênios e conserva dois pares isolados. Cada H atinge o dueto, e o O fica associado a oito elétrons.
Já no dióxido de carbono, CO2, o carbono ocupa a posição central. A estrutura estável é O=C=O: há duas ligações duplas. Cada oxigênio mantém dois pares isolados, enquanto o carbono completa oito elétrons por meio das quatro duplas de elétrons compartilhados, organizadas em duas ligações duplas.
Ligações simples, duplas e triplas
A quantidade de pares eletrônicos compartilhados determina a ordem da ligação. Isso influencia a distância entre os núcleos e a energia necessária para romper a ligação. Em geral, quanto maior a ordem de ligação, menor é seu comprimento e maior é sua energia de ligação.
| Tipo de ligação | Pares compartilhados | Representação | Exemplo |
|---|---|---|---|
| Simples | 1 par | A—B | H—H em H2 |
| Dupla | 2 pares | A=B | O=O em O2 |
| Tripla | 3 pares | A≡B | N≡N em N2 |
Uma ligação simples é composta por uma ligação sigma, formada pela sobreposição frontal de orbitais. Nas ligações dupla e tripla, existe uma ligação sigma e, respectivamente, uma ou duas ligações pi. Para a maior parte dos exercícios introdutórios, basta reconhecer o número de pares compartilhados e associá-lo à representação correta.
Não se deve confundir quantidade de átomos com número de ligações. A molécula O2 tem apenas dois átomos, mas apresenta uma ligação dupla. O metano, CH4, contém cinco átomos e quatro ligações simples entre o carbono e os hidrogênios.
Polaridade das ligações e moléculas
Em uma ligação covalente, os elétrons podem ser compartilhados de modo igual ou desigual. Quando os átomos têm a mesma eletronegatividade, como em H2, Cl2 e O2, a ligação é apolar. Quando há diferença de eletronegatividade, forma-se uma ligação polar, pois o átomo mais eletronegativo atrai mais intensamente o par eletrônico.
Entretanto, a polaridade da ligação não define sozinha a polaridade da molécula. Também é preciso analisar sua geometria. O CO2 possui duas ligações polares C=O, mas sua forma linear e simétrica faz com que os vetores de polaridade se anulem. Portanto, a molécula é apolar.
A água apresenta ligações O—H polares e geometria angular, causada pela presença de dois pares isolados no oxigênio. Como os vetores não se anulam, H2O é uma molécula polar. Essa distinção é muito frequente em questões de Química.
- Ligação apolar: compartilhamento igual ou praticamente igual de elétrons.
- Ligação polar: compartilhamento desigual, com polos parciais.
- Molécula apolar: pode ter ligações polares, desde que a geometria anule seus efeitos.
- Molécula polar: apresenta distribuição desigual de cargas considerando todas as ligações e a geometria.
Exercícios de ligação covalente
1. Explique por que a molécula de cloro, Cl2, é formada por ligação covalente e indique quantos pares de elétrons são compartilhados.
2. Quantos elétrons de valência estão disponíveis para montar a estrutura de Lewis da amônia, NH3? Indique quantas ligações o nitrogênio faz e quantos pares isolados permanecem nele.
3. Classifique as ligações presentes nas moléculas a seguir como simples, dupla ou tripla: H2, O2 e N2.
4. A estrutura de Lewis mais adequada para o CO2 apresenta ligações simples ou duplas entre carbono e oxigênio? Justifique considerando a regra do octeto.
5. Considere as moléculas H2O e CO2. Ambas têm ligações covalentes polares? Qual delas é uma molécula polar? Explique brevemente.
6. O metano, CH4, possui quatro ligações C—H. Determine o total de elétrons de valência da molécula e informe se o carbono completa o octeto.
7. Em relação à molécula de nitrogênio, N2, assinale a alternativa correta.
- Os átomos compartilham um par de elétrons.
- Os átomos compartilham dois pares de elétrons.
- Os átomos compartilham três pares de elétrons.
- Ocorre transferência completa de três elétrons entre os átomos.
Gabarito comentado
1. O cloro é um ametal e cada átomo possui sete elétrons de valência. Dois átomos de Cl compartilham um par eletrônico, formando uma ligação covalente simples. Cada um passa a ter oito elétrons ao seu redor. Como os átomos são iguais, a ligação é apolar.
2. O nitrogênio fornece cinco elétrons de valência, e os três hidrogênios fornecem um cada: são oito elétrons no total. O N forma três ligações simples N—H e mantém um par isolado. Assim, o nitrogênio fica associado a oito elétrons, e cada H completa o dueto.
3. Em H2, há ligação simples; em O2, ligação dupla; e em N2, ligação tripla. Portanto, os pares compartilhados são, respectivamente, um, dois e três.
4. O CO2 apresenta duas ligações duplas, representadas por O=C=O. Se houvesse somente ligações simples, o carbono ficaria associado a apenas quatro elétrons e não completaria seu octeto. A formação de uma ligação dupla com cada oxigênio resolve essa situação.
5. Sim, as ligações O—H e C=O são polares. A água é uma molécula polar porque sua geometria angular impede a anulação dos vetores de polaridade. O CO2 é apolar, pois sua geometria linear e simétrica faz os vetores das duas ligações C=O se anularem.
6. O carbono tem quatro elétrons de valência, e os quatro hidrogênios somam quatro: há oito elétrons de valência. Eles formam quatro ligações simples C—H. O carbono participa de quatro pares compartilhados e, por isso, completa o octeto.
7. A alternativa correta é a 3. Na molécula N2, há uma ligação tripla, N≡N, composta por três pares de elétrons compartilhados. Não há transferência completa de elétrons, característica típica de uma ligação iônica.
Pontos de revisão
Para resolver questões de ligação covalente, comece identificando se os elementos envolvidos são, em geral, ametais. Depois, conte os elétrons de valência e monte a estrutura de Lewis com atenção ao dueto do hidrogênio e ao octeto dos demais átomos nos casos mais comuns.
- Ligação covalente envolve compartilhamento de elétrons.
- Uma linha em Lewis representa um par eletrônico compartilhado.
- Ligação simples, dupla e tripla possuem um, dois e três pares compartilhados.
- Pares isolados afetam a estrutura e podem alterar a geometria molecular.
- Para definir a polaridade molecular, analise a polaridade das ligações e a geometria da molécula.
Por fim, vale desenhar as estruturas sempre que a questão apresentar fórmulas moleculares. Esse procedimento reduz erros, especialmente em perguntas sobre número de ligações, pares isolados, regra do octeto e polaridade.
