A ligação que une dois átomos de hidrogênio em uma molécula de gás hidrogênio é uma ligação covalente clássica. A ligação é fácil de analisar porque os átomos de hidrogênio têm apenas um próton e um elétron cada. Os elétrons estão na única camada de elétrons do átomo de hidrogênio, que tem espaço para dois elétrons.
Como os átomos de hidrogênio são idênticos, nenhum deles pode tirar o elétron do outro para completar sua camada de elétrons e formar uma ligação iônica. Como resultado, os dois átomos de hidrogênio compartilham os dois elétrons em uma ligação covalente. Os elétrons passam a maior parte do tempo entre os núcleos de hidrogênio carregados positivamente, atraindo ambos para a carga negativa dos dois elétrons.
TL; DR (muito longo; Não li)
Moléculas de gás hidrogênio são compostas de dois átomos de hidrogênio em uma ligação covalente. Os átomos de hidrogênio também formam ligações covalentes em outros compostos, como na água com um átomo de oxigênio e em hidrocarbonetos com átomos de carbono. No caso da água, os átomos de hidrogênio ligados covalentemente podem formar ligações de hidrogênio intermoleculares adicionais que são mais fracas do que as ligações moleculares covalentes. Essas ligações dão à água algumas de suas características físicas.
Ligações covalentes em água
Os átomos de hidrogênio no H2A molécula de água forma o mesmo tipo de ligação covalente que no gás hidrogênio, mas com o átomo de oxigênio. O átomo de oxigênio tem seis elétrons em sua camada de elétrons mais externa, que tem espaço para oito elétrons. Para preencher sua camada, o átomo de oxigênio compartilha os dois elétrons dos dois átomos de hidrogênio em uma ligação covalente.
Além da ligação covalente, a molécula de água forma ligações intermoleculares adicionais com outras moléculas de água. A molécula de água é um dipolo polar, o que significa que uma extremidade da molécula, a extremidade do oxigênio, é carregada negativamente e a outra extremidade com os dois átomos de hidrogênio tem uma carga positiva. O átomo de oxigênio carregado negativamente de uma molécula atrai um dos átomos de hidrogênio carregados positivamente de outra molécula, formando uma ligação de hidrogênio dipolo-dipolo. Essa ligação é mais fraca do que a ligação molecular covalente, mas mantém as moléculas de água juntas. Essas forças intermoleculares fornecem características específicas da água, como alta tensão superficial e um ponto de ebulição relativamente alto para o peso da molécula.
Ligações covalentes de carbono e hidrogênio
O carbono tem quatro elétrons em sua camada de elétrons mais externa, que tem espaço para oito elétrons. Como resultado, em uma configuração, o carbono compartilha quatro elétrons com quatro átomos de hidrogênio para preencher sua camada em uma ligação covalente. O composto resultante é CH4, metano.
Enquanto o metano com suas quatro ligações covalentes é um composto estável, o carbono pode entrar em outras configurações de ligação com o hidrogênio e outros átomos de carbono. A configuração de quatro elétrons externos permite que o carbono crie moléculas que formam a base de muitos compostos complexos. Todas essas ligações são ligações covalentes, mas permitem ao carbono uma grande flexibilidade em seu comportamento de ligação.
Ligações covalentes em cadeias de carbono
Quando os átomos de carbono formam ligações covalentes com menos de quatro átomos de hidrogênio, elétrons de ligação extras são deixados na camada externa do átomo de carbono. Por exemplo, dois átomos de carbono que formam ligações covalentes com três átomos de hidrogênio podem, cada um, formar uma ligação covalente entre si, compartilhando seus elétrons de ligação restantes. Esse composto é etano, C2H6.
Da mesma forma, dois átomos de carbono podem se ligar com dois átomos de hidrogênio cada e formar uma ligação covalente dupla entre si, compartilhando seus quatro elétrons restantes entre eles. Esse composto é etileno, C2H4. Em acetileno, C2H2, os dois átomos de carbono formam uma ligação covalente tripla e uma ligação simples com cada um dos dois átomos de hidrogênio. Nestes casos, apenas dois átomos de carbono estão envolvidos, mas os dois átomos de carbono podem facilmente manter apenas ligações simples entre si e usar o resto para se ligar com átomos de carbono adicionais.
Propano, C3H8, tem uma cadeia de três átomos de carbono com ligações covalentes simples entre eles. Os dois átomos de carbono finais têm uma ligação simples com o átomo de carbono do meio e três ligações covalentes com três átomos de hidrogênio cada. O átomo de carbono do meio tem ligações com os outros dois átomos de carbono e dois átomos de hidrogênio. Essa cadeia pode ser muito mais longa e é a base de muitos dos complexos compostos de carbono orgânico encontrados na natureza, todos baseados no mesmo tipo de ligação covalente que une dois átomos de hidrogênio.