Quais são os tipos de ligações entre os átomos de carbono?

A Química Orgânica é a parte da Química que estuda os compostos formados por átomos de carbonos, bem como a forma como interagem entre eles e com outros elementos formando cadeias.

A química orgânica começou a ser estudada em 1777, por Torbern Olof Bergman (1735-1784), um químico sueco . Ele começou a fazer a primeira diferenciação entre os compostos minerais e os compostos provenientes dos seres vivos, separando estes compostos em seus estudos.

Compostos orgânicos e inorgânicos

Hoje sabemos que a química orgânica estuda os compostos que contém carbonos em sua estrutura, e apresentam certas características especiais. Através destas características podemos diferenciar os compostos orgânicos dos compostos inorgânicos.

Compostos orgânicos

Os compostos orgânicos representam mais de 5 milhões substâncias conhecidas hoje e utilizadas nos mais variados ramos da indústria.

São formados basicamente pelos elementos químicos: C, H, O, N. Esses elementos encontram-se interligados nos compostos orgânicos através das ligações covalentes, que representam o compartilhamento de pares de elétrons. Sendo assim, formam cadeias com funções específicas, e quando sofrem aquecimento, se decompõem.

Compostos inorgânicos

Os compostos inorgânicos representam cerca de 150.000,00 produtos. Apresentam em sua estrutura diversos elementos químicos, que estão interligados por meio das ligações iônicas, covalentes e metálicas.

Ao contrário dos compostos orgânicos, estes, quando sofrem aquecimento, resistem, devido aos elevados pontos de ebulição e de fusão.

Introdução à química orgânica

Na aula a seguir, o professor Felipe Sobis faz uma uma introdução à química orgânica para você dominar este assunto desde o início.

Características dos compostos orgânicos

O componente principal dos compostos orgânicos é a presença do átomo de carbono, que está presente na família 14, antiga família 4A da tabela periódica. O átomo desse elemento possui 4 elétrons na sua camada de valência, sendo capaz de realizar 4 ligações covalentes para se estabilizar e, assim, considerado como um átomotetravalente.

Veja a representação do Carbono tetravalente:

Além do carbono, há também os elementos organógenos. Esses representam os elementos químicos que podem ser encontrados nos compostos orgânicos, ligados ou não diretamente ao átomo de carbono, como o hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e o próprio átomo de carbono, além dos halogênios.

O elemento nitrogênio tem valência 3, ou seja, realiza três ligações. Já o elemento oxigênio tem valência 2, ou seja, realiza duas ligações. O hidrogênio, por sua vez, tem valência 1, ou seja, realiza uma ligação.

Veja a representação desses elementos e suas ligações químicas na tabela a seguir:

Fórmula estrutural e molecular na química orgânica

Para compreender melhor as representações moleculares e estruturais dos compostos orgânicos, vamos fazer um exemplo?

Para isso, observe a imagem a substância representada a seguir:

Observe que a fórmula acima representa afórmula estrutural da substância metanal. Ou seja, ela representa as ligações entre os átomos e a disposição destes. Já a fórmula molecular representa a quantidade de elementos que formam uma substância, no exemplo acima temos a seguinte fórmula molecular: CH2O.

Compostos de transição na química orgânica

Os compostos de transição são substâncias que apresentam átomos de carbono em sua composição, entretanto, não são estudados na química orgânica, sendo considerados como compostos inorgânicos. Como exemplo podemos citar: CO2, CO, CaCO3, K2CO3.

Cadeias carbônicas

Como vimos ao longo dessa aula, o carbono pode fazer vários tipos de ligações, como as ligações simples (1 traço simples entre os átomos de carbono), as ligações duplas (traço duplo entre 2 ou mais carbonos) ou as ligações triplas (traço triplo entre os carbonos), ligando-se a elementos eletropositivos, como o átomo de hidrogênio, e a elementos eletronegativos, como o átomo de oxigênio.

Assim, esses átomos formam sequências carbônicas (cadeias) interligadas, de acordo com a maneira como os átomos de carbono se ligam.

Veja na figura acima que cada traço em volta do átomo de carbono representa uma valência, ou seja, é um elétron livre, representando o número de ligações que precisam fazer para ficarem estáveis. Assim cada carbono compartilha esses elétrons com outros átomos.

A valência dos átomos de carbono

Devemos sempre completar a valência dos átomos de carbono em uma cadeia, com os átomos de hidrogênio correspondentes. Cada átomo de hidrogênio será colocado ao redor de cada átomo de carbono, respeitando sempre as quatro ligações que o átomo de carbono consegue realizar.

– Nas ligações simples ocorre o compartilhamento de apenas um par de elétrons, neste tipo de ligação os átomos estão mais distantes entre eles.

– Em ligações duplas ocorre o compartilhamento de dois pares de elétrons, e seus átomos estão um pouco mais próximos.

– E nas ligações triplas ocorre o compartilhamento de três pares de elétrons, e seus átomos estão bem próximos.

Sendo assim, dizemos que a distância intra-atômica entre os átomos de carbono diminui quando aumenta a ordem da ligação.

Tipos de ligação covalente

Os compostos orgânicos são mantidos por meio das ligações covalentes, as quais ocorrem por meio do compartilhamento de elétrons. Nesse tipo de ligação podem ocorrer dois tipos distintos de interações entre os átomos: a ligação sigma ( σ) e a ligação pí ( π).

Na ligação sigma, ocorre o compartilhamento efetivo de elétrons no mesmo eixo que ocorre nas ligações simples. Já na ligação pi, ocorre o compartilhamento interativo de elétrons em paralelo. Sendo assim, nas ligações duplas e triplas sempre teremos uma ligação sigma e as outras ligações serão pi.

Dessa maneira, podemos concluir que uma ligação pi somente ocorre se já estiver ocorrendo uma ligação sigma antes. Veja no esquema a seguir:

Para melhor compreender como isso ocorre entre os carbonos temos:

Classificação dos átomos de carbono na química orgânica

Os carbonos podem ser classificados de acordo com a quantidade de carbonos interligados e também de acordo com o tipo de ligação que realizam.

– Os carbonos primários estão ligados a outro carbono primário ou a nenhum átomo:

– C – C –

– Já os carbonos secundários estão ligados a dois outros carbonos:

– C – C – C –

– Os carbonos terciários, por sua vez, estão ligados a três outros carbonos:

– C – C – C

|

– C –

|

– Por fim, os carbonos quaternários estão ligados a quatro outros átomos de carbono:

|

– C –

|

– C – C – C –

|

– C –

|

Além disso, o carbono pode ser considerado comosaturado quando ocorrem somente ligações simples entre seus átomos:

Entretanto, o carbono também pode ser considerado como insaturado quando ocorrem pelo menos uma dupla ligação ou uma tripla ligação. Veja nos exemplos a seguir:

─ CH ═ CH ─ ─ CH ═ CH ─ CH ═ CH ─ – C ≡ N

Exercícios sobre química orgânica

Para terminar, resolva os exercícios sobre química orgânica selecionados pela professora!

1)(UFV-MG) No hidrocarboneto de fórmula estrutural representada abaixo, os átomos de carbono estão numerados de 1 a 7.

Sobre esse hidrocarboneto, são feitas as seguintes afirmativas:

I. O total de ligações π (pi) na estrutura é igual a 3.

II. O átomo de carbono 2 forma 3 ligações π (pi) e 1 ligação σ (sigma).

III. O átomo de carbono 5 forma 3 ligações σ (sigma) e 1 ligação π (pi).

IV. O átomo de carbono 1 forma 4 ligações σ (sigma).

São corretas apenas as afirmativas:

a) I, III e IV.

b) II e IV.

c) I e II.

d) I, II e IV.

2) (PUC-SP)
Observe a fórmula:

As quantidades totais de átomos de carbono primário, secundário e terciário são respectivamente:

a) 3, 1 e 1

b) 3, 0 e 1

c) 2, 0 e 1

d) 3, 1 e 0

e) 3, 1 e 2

3) (FGV-SP)
O composto de fórmula:

Apresenta quantos carbonos primários, secundários, terciários e quaternários, respectivamente:

a)5, 4, 3 e 1

b)6, 4, 1 e 2

c)7, 3, 1 e 2

d)7, 2, 5, 4

e)1, 5, 4 e 3

4) (UECE)
“Química Orgânica é o ramo da química que estuda os compostos do carbono”. A maioria dos seus compostos são importantes em nossas vidas, destacando o álcool comum, a gasolina, o ácido acético, as proteínas e as vitaminas.

Assinale a alternativa que apresenta a característica correta do átomo de carbono:

1. Forma ligação tripla, e nesta situação o carbono é do tipo sp³.

2. O carbono é tetravalente somente nos hidrocarbonetos.

3. Apresenta capacidade de formar cadeias longas, variadas e estáveis.

4. Liga-se a várias classes de elementos químicos, com exceção da classe dos calcogênios.

GABARITO

1 – A
2 – B
3 – C
4 – C

Sobre o(a) autor(a):

Texto elaborado por Roseli Prieto, professora de Química e Biologia da rede estadual de São Paulo. Já atuou em diversas escolas públicas e privadas de Santos (SP). É Gestora Ambiental e Especialista em Planejamento e Gestora de cursos a distância.

Compartilhe: