O que são Ligações Químicas

Somente no início do séc. XX, surgiram os primeiros modelos consistentes de ligações químicas, quando o químico norte-americano Lewis e o químico alemão Kossel propuseram, respectivamente, as teorias da ligação covalente e da ligação iônica. Alguns pontos comuns podem ser destacados entre essas teorias:

a) Só participavam das ligações os elétrons da última camada, posteriormente chamados de elétrons de valência.

b) Os átomos ligavam-se obedecendo a uma mesma norma geral: a regra do octeto.

Na natureza, os únicos elementos químicos formados por átomos isolados e estáveis são os gases nobres. Foi devido ao fato de esses gases, com exceção do hélio, possuírem oito elétrons na última camada, que surgiu a regra do octeto. Segundo Lewis e Kossel, os gases nobres seriam verdadeiros referenciais de estabilidade para os demais elementos químicos. Assim, os átomos participariam de ligações químicas com uma única meta: adquirir estabilidade semelhante à de um gás nobre. Para tanto, deveriam sofrer modificações em sua eletrosfera, de modo que ficassem com oito elétrons na última camada, como a maioria dos gases nobres. Atualmente, são conhecidas muitas exceções à regra do octeto. A maioria dos metais de transição, por exemplo, não adquire configuração de gás nobre em seus compostos. Por isso, a regra do octeto deve ser encarada como orientação geral, mas não pode ser considerada como lei natural.

Conhecendo esse fato, podemos classificar os elementos assim:

1) Metais – São aqueles que possuem 1, 2 ou 3 elétrons na camada de valência. A tendência dos metais é perder esses elétrons.

Exemplos:

a) 19K: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1

19K1+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

b) 20Ca: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

20Ca2+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

2) Ametais – São aqueles que possuem 4, 5, 6 ou 7 elétrons na camada de valência. A tendência dos ametais é receber elétrons.

Exemplos:

a) 16S: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4

16S 2–: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

b) 9F: 1s2 2s2 2p5

9F-: 1s2 2s2 2p6

Apesar de estar na família 1A, o hidrogênio não é um metal, ou seja, não possui tendência de perder o seu único elétron. Na verdade, o átomo de hidrogênio tende a receber um elétron, ficando, assim, com configuração eletrônica igual à do gás nobre hélio. Como a perda de um elétron originaria um sistema sem elétrons, o íon H+ não é estável no estado isolado.

O Sonho de Kekulé

"Eu estava sentado à mesa a escrever o meu compêndio, mas o trabalho não rendia; os meus pensamentos estavam noutro sítio. Virei a cadeira para a lareira e comecei a dormitar. Outra vez começaram os átomos às cambalhotas em frente dos meus olhos. Desta vez os grupos mais pequenos mantinham-se modestamente à distância. A minha visão mental, aguçada por repetidas visões desta espécie, podia distinguir agora estruturas maiores com variadas conformações; longas filas, por vezes alinhadas e muito juntas; todas torcendo-se e voltando-se em movimentos serpenteantes. Mas olha! O que é aquilo? Um das serpentes tinha filado a própria cauda e a forma que fazia rodopiava trocistamente diante dos meus olhos. Como se se tivesse produzido um relâmpago, acordei;... passei o resto da noite a verificar as consequências da hipótese. Aprendamos a sonhar, senhores, pois então talvez nos apercebamos da verdade." - Augusto Kekulé, 1865."

Friedrich August Kekulé

Um Pouco do Carbono

O elemento carbono é a unidade fundamental da Química Orgânica, sendo assim ele merece ser estudado mais profundamente. O que será que torna o carbono essencial na formação dos compostos orgânicos?

Na segunda metade do século XIX, a estrutura do carbono começou a ser estudada por Archibald Scott Couper (1831-1892) e Friedrich August Kekulé (1829-1896), e posteriormente esses estudos foram denominados de postulados de Couper-Kekulé que estudam o comportamento químico do carbono, eles são subdivididos em três:

1º postulado: Tetravalência constante. O átomo de carbono é tetravalente, essa propriedade permite que esse elemento estabeleça quatro ligações covalentes, ele tem dois pares eletrônicos disponíveis. Exemplo:

H
│
H ─ C ─ H
│
H
Metano

Átomo: O átomo é a menor parte de um elemento que ainda conserva suas propriedades. Toda a matéria é constituída por átomos. O monitor que você está usando; o teclado; o mouse; enfim, tudo é constituído por átomos, que você não o vê isolado a olho nu, mas sim, vê um grupo de átomos.
Molécula: Molécula é a união entre dois átomos. Esses átomos podem ser iguais ou diferentes.



Elemento Químico: Elemento químico é a matéria formado por um único tipo de átomo (mesmo número atômico) , ou seja, formada por átomos iguais entre si. Exemplo: O conjunto de todos os átomos de número atômico igual a 11 (11 prótons) é o elemento químico Sódio. Então, quando se fala no Sódio, pensamos imediatamente no número atômico igual a 11. Portanto, elemento químico é um conjunto de átomos de mesmo número atômico.

Número de Massa (A): O número de massa (A) de um átomo é a soma do número de prótons (Z) e de nêutrons (N) do núcleo desse átomo. Assim, temos:

A = Z + N


Íons: São partículas eletricamente carregadas, sendo assim:


2º postulado: As quatro valências do carbono são iguais. Esse postulado explica por que existe, por exemplo, somente um clorometano. Qualquer que seja a posição do cloro, obtém-se um só composto: H3CCl.
Cl
│
H ─ C ─ H
│
H

3º postulado: Encadeamento constante. Átomos de carbono ligam-se diretamente entre si, formando estruturas denominadas cadeias carbônicas.

Essa propriedade é comum para o nitrogênio, enxofre, fósforo e oxigênio. Só que no caso do carbono essa capacidade de formar quatro ligações é mais pronunciada, a prova disso é que existem extensas cadeias carbônicas, e também uma variedade enorme de compostos orgânicos.

Um experimento bem simples pode comprovar a existência do carbono em um determinado composto como, por exemplo, na substância orgânica sacarose (açúcar comum).

Procedimento: Separe uma porção de açúcar e pingue algumas gotas de ácido sulfúrico (H2SO4) e observe: o açúcar se transformará em carvão, mas como isso ocorre?

A sacarose é constituída por carbono, hidrogênio e oxigênio, sua fórmula molecular é C12H22O11. O ácido sulfúrico concentrado é higroscópico: retira H e O na forma de H2O, resta então somente o C na forma de carvão.

Equação do processo:

C12H22O11 = C12 (H2O)11

C12 (H2O)11 + H2SO4 (conc) → 12C + H2SO4 + 11 H2O
carvão

Ácidos

Svante Arrehenius foi um químico sueco que em 1887, realizou inúmeras experiências com substâncias diluídas em água e observou que:

- Quando em solução aquosa, os ácidos se ionizam, isto é, dão origem a íons, produzindo como cátion H+.

- Em solução aquosa, os ácidos conduzem eletricidade. Isso ocorre porque os ácidos se desdobram em íons.

- Os ácidos têm sabor azedo. O limão, o vinagre, o tamarindo contêm ácidos; é por isso que eles são azedos.

- Os ácidos alteram a cor de certas substâncias chamadas indicadores. Os indicadores têm a propriedade de mudar a cor conforme o caráter ácido ou básico das soluções. O tornassol e a fenolftaleína são indicadores de ácidos e bases. A solução de fenolftaleína vermelha fica incolor em presença de um ácido. Já o papel de tornassol azul fica vermelho.

- Os ácidos reagem com as bases, formando sais e água. Essa reação se chama reação de neutralização.

Resumindo, a definição de Arrehenius ficaria assim: ácido é toda substância que se ioniza em presença de água e origina, como um dos íons, o cátion H+.

Veja os exemplos de ácidos orgânicos (que fazem parte de nossa alimentação), e onde podem ser encontrados:

Ácido acético = vinagre.

Ácido tartárico = uva.

Ácido málico = maçã.

Ácido cítrico = laranja, acerola, limão.

Ácido fosfórico = usado na fabricação de refrigerantes à base de cola.

Ácido carbônico = sob a forma de gás carbônico, é um dos constituintes das águas minerais gaseificadas e dos refrigerantes.

Existe uma classe de ácidos muito perigosos, que se forem ingeridos podem levar o indivíduo à morte, são os chamados ácidos inorgânicos. Exemplos:

Ácido Clorídrico (HCl)--> O HCl impuro é comercializado com o nome de ácido muriático e é utilizado principalmente na limpeza de pisos ou de superfícies metálicas antes da soldagem. O HCl é um componente do suco gástrico, conferindo a ele um pH adequado para a ação das enzimas digestivas gástricas.

Ácido Fluorídrico (HF) --> O HF tem a propriedade de corroer o vidro; por isso, é usado para fazer gravações em vidros e cristais.

Ácido Sulfúrico (H₂SO₄) --> É utilizado nas baterias de automóvel, na fabricação de corantes, tintas, explosivos e papel; é também usado na indústria de fertilizantes agrícolas, permitindo a fabricação de produtos como o sulfato de amônio.

Ácido Nítrico (HNO₃) --> É usado na fabricação de explosivos como o trinitrotolueno (TNT) e a nitroglicerina (dinamite); é muito útil para a indústria de fertilizantes agrícolas, permitindo a obtenção do salitre. É usado também na identificação de amostras de ouro.

Ácido Cianídrico (HCN) --> Ácido utilizado em indústrias diversas, como nas de plásticos, acrílicos e corantes, entre outras. Mas ele tem também um destino sinistro: nos Estados Unidos, é usado nas "câmaras de gás" para executar pessoas condenadas à morte, este ácido libera um gás extremamente tóxico.

Os Maiores e Melhores Químicos do Mundo!

Difícil porque foi-se o tempo em que uma pessoa brilhava sozinha em ciência, hoje não tem mais isso. Trabalha-se muito em equipe e em cada área temos vários profissionais destacados, geralmente de várias nacionalidades e que são brilhantes líderes de pesquisa.
Vou citar em algumas áreas:

Produtos naturais:

Karl Hostettmann (suiço, laboratórios Ache)
Norman G. Lewis (Inglês, editor da revista Phytochemistry)
Otto Richard Gottlieb (Techco naturalizado Brazuca, Fiocruz)

Síntese orgânica

George W. Olah (Norte-americano, caltech)

Químioinformática

Johann Gasteiger (Alemão, Molecular Netwerk,GmHb)

Química Teórica/Computacional
Jonh A. Pople (Ingles, criador do mopac)
João Aires-de-Sousa (Português, Universidade nova de Lisboa)