Ligações covalentes formam-se geralmente entre átomos leves; moléculas de hidrogênio, oxigênio, cloro e água são formadas graças a ligações covalentes. Um átomo de hidrogênio tem apenas um elétron girando em torno do núcleo numa região chamada orbital. Quando dois átomos de hidrogênio se combinam para formar uma molécula (H2), partilham seus elétrons de modo que cada núcleo de hidrogênio tenha um par de elétrons numa orbital.
Os elétrons que orbitam o núcleo de um átomo estão dispostos em várias camadas. Os compostos serão estáveis se as camadas de átomos estiverem completas. Quando átomos formam ligações covalentes, compartilham elétrons para ficar estáveis. A primeira camada de um átomo (a mais interna) está completa quando é ocupada por dois elétrons; assim, o hidrogênio, com um único elétron, forma uma ligação estável no H2. O hélio, com dois elétrons na primeira camada, não forma nenhuma ligação, pois sua camada interna já está completa. A segunda camada precisa de oito elétrons para se completar; assim, o carbono, com quatro elétrons na segunda camada, forma quatro ligações covalentes, como no CH4 (metano); o nitrogênio, com cinco, forma três ligações; o oxigênio, com seis, forma duas como na H2O; e o cloro, com sete elétrons, forma uma ligação como no HC1 (cloreto de hidrogênio).
Ligações iônicas
Sais minerais, como sódio, cloro, cloreto de sódio (NaCl, sal de cozinha), não tem elétrons compartilhados. Em vez disso os átomos cedem ou ganham elétrons para completar suas camadas. O sódio tem um elétron na camada externa. Ele pode completá-la perdendo o elétron para tornar-se um íon de sódio carregado positivamente (Na+). Por outro lado, o átomo de cloro pode preencher sua camada externa recebendo um elétron e tornando-se um íon negativo de cloro (Cl–). O átomo de sódio cede um elétron para o átomo de cloro; os dois átomos completam suas camadas, e a substância formada é o Na+C1–. Esses cristais não contêm moléculas, mas milhões de íons alternados distribuídos num arranjo tridimensional, regular, e são mantidos juntos pela atração entre as cargas positivas e negativas de cada íon.
Ligações metálicas e de hidrogênio
Átomos de metais sólidos distribuem-se em um padrão tridimensional e partilham os elétrons externos dos átomos envolvidos. Forma-se então uma grade de íons positivos metálicos imersos num mar de elétrons livres que podem mover-se a vontade pela grade. Por isso, os metais são bons condutores: esses elétrons livres podem se deslocar facilmente pelo metal transportando corrente elétrica ou calor. Compostos covalentes com grupos OH e NH geralmente formam moléculas com ligações de hidrogênio. O oxigênio é mais “eletronegativo” que o hidrogênio; para formar uma ligação molecular, ele requer mais elétrons do que seria necessário partilhar, atribuindo ao átomo de oxigênio uma carga ligeiramente negativa e ao hidrogênio, positiva. As cargas opostas resultam numa atração entre moléculas vizinhas, em especial na água, em que o átomo de hidrogênio de uma molécula forma uma ligação de hidrogênio com o átomo de oxigênio de outra.
Forças de Van der Waals
Substâncias formadas por átomos isolados, como neônio e argônio, ou por moléculas pequenas, como as de nitrogênio e oxigênio, tendem a ser gases com baixo ponto de ebulição. As únicas formas de ligação entre átomos isolados ou entre moléculas separadas são as forças de Van der Waals — assim batizadas em homenagem ao cientista holandês Johannes Diderik van der Waals, que, em 1873, foi um dos primeiros a postular sua existência. As forças de Van der Waals são muito mais fracas que qualquer tipo de ligação e agem como uma leve viscosidade entre as partículas.
ADAM, Hart-Davis.160 Séculos de Ciência, volume 5: A Era Atômica / editor: Adam Hart-Davis; Edição brasileira: Luiz Carlos Pizarro Marin; [tradução: Aracy Mendes da Costa]. – São Paulo: Duetto Editorial, 2010. Título original: Science.
1. Ciência e História I. Título.