Ligações químicas

As ligações químicas unem átomos em interações próximas e mais ou menos estáveis. A formação e quebra de ligações em reações químicas é o que constrói e transforma substâncias. Isto está constantemente acontecendo em todas as células vivas e permite a geração de grandes moléculas e estruturas orgânicas complexas.

Nesta seção discutiremos os diferentes tipos de ligações químicas e outros tipos de interações.

Ligações covalentes

A interação mais forte e mais estável entre dois átomos é a ligação covalente. Para preencher suas camadas de valência e alcançar um estado mais estável, dois átomos podem compartilhar pares de elétrons, formando uma ligação covalente forte.

No exemplo mostrado, dois átomos de hidrogênio formam uma ligação ao compartilhar seus únicos elétrons. Como o hidrogênio tem apenas uma camada, que pode comportar até dois elétrons, os dois átomos preenchem sua camada de valência dessa forma. O hidrogênio puro normalmente existe apenas como "H₂".

Em biologia, ligações entre hidrogênio e carbono são muito comuns. Em geral, apenas os elétrons de valência participam da formação de ligações; o carbono tem quatro deles em sua camada mais externa. Essa camada pode comportar até oito elétrons, então o carbono precisa de mais quatro para alcançar sua configuração mais estável. Além de ligações simples, os átomos também podem formar ligações múltiplas, como duplas e triplas. A parte direita da imagem mostra a forma mais comum de representar estruturas químicas, com ligações desenhadas como linhas entre símbolos de elementos.

Estruturas esqueléticas

Como as ligações entre hidrogênio e carbono são tão comuns em compostos orgânicos, muitas vezes usamos uma forma simplificada de representar estruturas moleculares. Desenhamos apenas as ligações que o carbono forma com outros átomos, exceto o hidrogênio; os carbonos ficam implícitos nas quinas e nas extremidades livres. As ligações com hidrogênio são omitidas, pois o número de hidrogênios pode ser inferido a partir do número de ligações que cada átomo de carbono forma com outros átomos.

Valências típicas

Para quem estuda biologia, um dos pontos mais úteis sobre ligações covalentes é o número típico de ligações que cada um dos seis elementos biologicamente mais importantes forma dentro das moléculas. Esse número é chamado de "valência", pois se relaciona diretamente ao número de elétrons que faltam na camada de valência para atingir uma configuração estável.

Ligações iônicas

Na interação entre átomos de alguns elementos, como sódio (Na) e cloro (Cl), a atração de um átomo devido à sua alta "eletronegatividade" é tão forte que ele não compartilha o elétron de valência do parceiro; em vez disso, captura esse elétron. Isso transforma os átomos em íons carregados, mantidos juntos por atração elétrica. Essa interação, chamada ligação iônica, é relativamente fraca, com cerca de 1/10 da força de uma ligação covalente.

Ligações de hidrogênio

Em alguns casos, a atração pelos elétrons exercida por dois átomos diferentes ("eletronegatividade") é muito desigual, mas não o suficiente para uma transferência completa de elétrons. Isso gera polaridade dentro da molécula devido a cargas parciais (∂⁺/∂⁻), como ocorre em moléculas de água. Regiões de moléculas diferentes que contêm hidrogênio e têm cargas parciais opostas podem formar as chamadas ligações de hidrogênio. Essas ligações são relativamente fracas, de modo semelhante às ligações iônicas.

Na próxima seção, veremos como as interações mudam nas reações químicas.