A natureza baseia-se numa complexidade imensa de moléculas que constituem todos os organismos vivos e tudo o que nos rodeia. Tudo é constituído por moléculas, com a excepção de certos gases, que, por serem nobres ou ideais, existem na sua forma atómica, ou seja, são átomos isolados, sem ligações entre os átomos vizinhos. Poder-se-á perguntar porque é que todos os átomos não são como os gases nobres e não existem na sua forma singular sem se ligarem a outros átomos? A forma como os electrões, partículas de carga negativa que “voam” à volta de um núcleo constituído por cargas positivas e neutras, se distribuem, segue regras próprias da natureza. Quando essas regras são cumpridas na sua totalidade, está-se perante um gás nobre; quando tal não acontece, está-se perante um outro elemento qualquer dos 118 elementos que constituem a tabela periódica.

Mas que regras são essas? Uma delas é que os electrões estão distribuídos em níveis de energia, e cada nível tem apenas lugar para um certo número de electrões. O primeiro nível, por exemplo, apenas acomoda dois electrões e o último acomoda no máximo oito electrões (à excepção do hidrogénio e do hélio). Quando este último nível, chamado “nível de valência”, tem oito electrões, o átomo é um gás nobre; se não tiver, então será outro elemento qualquer.

Acontece que todos os elementos ficam mais estáveis, se tiverem os tais oito electrões no seu último nível de energia, e é por isso que a natureza é composta por moléculas – os átomos juntam-se de forma a garantir que cada um tenha oito electrões no seu último nível de energia. Ou, no caso hidrogénio, que é a excepção, que tenha dois electrões no último nível de energia.

Para que o leitor possa melhor entender: pensemos numa molécula de água, que tem um átomo de oxigénio e dois átomos de hidrogénio. O átomo de oxigénio tem seis electrões no seu último nível de energia, e o átomo de hidrogénio tem um electrão no último nível de energia. Uma forma simples de satisfazer esta regra de ter oito ou dois electrões no último nível de energia é a partilha de electrões entre os átomos – assim, cada átomo de hidrogénio partilha o seu único electrão que possui e o átomo de oxigénio partilha dois electrões, um com cada átomo de hidrogénio. O resultado é a partilha de quatro electrões entre os três átomos.

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A esta partilha de electrões dá-se o nome de “ligação covalente”. Esta descrição foi proposta em 1919 por Irving Langmuir, cientista americano, tendo por base estudos de Gilbert Lewis de 1916. Há um século foi definida a ligação covalente entre átomos e durante mais de 100 anos não foi mostrado por nenhum cientista a existência de ligações covalentes de forma diferente.

Desafio superado

Takuya Shimajiri e colegas da Universidade de Tóquio (Japão) demonstraram recentemente a existência de uma ligação covalente estável apenas com a partilha de um único electrão. Esta ligação foi conseguida através de um mecanismo de oxidação – a perda de um electrão, deixando a molécula com uma ligação partilhada estável, formada apenas com um electrão, e não dois electrões como é comum nas ligações covalentes.

O estudo que o demonstra foi publicado na revista Nature em Outubro. Desde os anos 30 do século passado que Linus Pauling tinha postulado a possível existência de uma ligação covalente formada apenas por um electrão. Contudo, devido à instabilidade da ligação após a remoção de um electrão (dos dois de uma ligação covalente), isolar moléculas com esta característica nunca tinha sido conseguido, não sendo possível identificar e comprovar a existência de tal ligação. Este grupo de cientistas tentou durante vários anos e agora finalmente conseguiu. Pela primeira vez, foi isolada uma molécula com uma ligação covalente estável de um electrão.

O desafio foi usar uma molécula que, após a remoção de um electrão de uma ligação covalente entre dois átomos de carbono, ficasse estável o suficiente e não se quebrasse. Esta estabilidade permitiu – através de várias técnicas como, por exemplo a difracção de raios-X, técnica que permite descrever como os átomos se organizam num material – identificar a tão ambicionada ligação covalente de um electrão. Com esta descoberta, fica demonstrado o postulado proposto há quase cem anos por Linus Pauling, que ganhou o Prémio Nobel da Química de 1954 pelas suas investigações da natureza da ligação química.

O grupo de investigação ambiciona agora definir e clarificar o que é, afinal, uma ligação covalente proposta inicialmente por Irving Langmuir, ou seja, até que ponto é que é uma ligação covalente e a partir de que ponto é que deixa de o ser. Esta descoberta abre caminhos na química para a criação de novas famílias de moléculas até hoje não existentes, certamente com inúmeras aplicações, como, por exemplo, em fármacos.

Professor de física molecular da Universidade Nova de Lisboa