Qual número fixo de ligações o carbono, o hidrogênio, o nitrogênio, o oxigênio e os halogênios podem fazer?

Passo 1

O enunciado pede que eu diga qual número fixo de ligações cada um desses elementos costuma fazer:
  • Carbono
  • Hidrogênio
  • Nitrogênio
  • Oxigênio
  • Halogênios
Não há mais informações no enunciado além da lista dos elementos. A tarefa é dar o número de ligações que cada um “pode fazer” (interpreto como o número típico/fundamental em compostos covalentes neutros).

Passo 2

Ideia-chave que vou usar (explicação didática, passo a passo, sem pressupor conhecimento prévio):
  • Átomo quer completar sua camada de valência para ficar mais estável. Para a maioria dos elementos leves a regra prática é a regra do octeto: cada átomo “quer” ter um total de \,8\) elétrons na sua camada de valência (exceto o hidrogênio, que “quer” \(\,2\) elétrons — o chamado dueto). - Os elétrons que um átomo já tem na camada externa são os elétrons de valência. Fazendo ligações covalentes (compartilhando elétrons) ele “ganha” os elétrons que faltam para completar dueto/octeto. - Portanto, um modo rápido de estimar o número típico de ligações covalentes que um átomo forma é: \[\text{nº de ligações típicas} = \begin{cases} 2 - \text{(nº de elétrons de valência)}, & \text{para o hidrogênio (dueto)}\\[4pt] 8 - \text{(nº de elétrons de valência)}, & \text{para elementos que seguem a regra do octeto} \end{cases}
  • Aqui “elétrons de valência” é um número que se obtém olhando a posição do elemento na tabela periódica (por exemplo, carbono tem \,4\] elétrons de valência, nitrogênio tem \(\,5, etc.). Vou mostrar isso para cada caso.]

Passo 3

Hidrogênio (explicação e cálculo):
  • Hidrogênio tem \,1 elétron de valência.
  • Quer o dueto: \,2 elétrons no total.
  • Aplicando a fórmula:
\text{ligações} = 2 - 1 = 1.çõ
  • Exemplo concreto: no gás hidrogênio \mathrm{H_2} cada H forma uma ligação simples com o outro H; em todas as moléculas orgânicas o H aparece ligado por uma única ligação simples.

Passo 4

Carbono (explicação e cálculo):
  • Carbono tem \,4 elétrons de valência (está no grupo 14).
  • Quer completar o octeto ( \,8 elétrons).
  • Aplicando a fórmula:
\text{ligações} = 8 - 4 = 4.çõ
  • Exemplo: metano \mathrm{CH_4} mostra o C com quatro ligações simples; em moléculas orgânicas C costuma formar um total de quatro ligações (podendo ser simples, duplas ou triplas contadas conforme seus elétrons compartilhados).

Passo 5

Nitrogênio (explicação e cálculo):
  • Nitrogênio tem \,5 elétrons de valência.
  • Quer o octeto:
\text{ligações típicas} = 8 - 5 = 3.çõí
  • Exemplo: amônia \mathrm{NH_3} mostra N com três ligações simples e um par de elétrons não ligantes. Observação importante: N pode aparecer com \,4 ligações (por exemplo em \mathrm{NH_4^+}, o cátion amônio) — nesse caso há carga positiva e mudança no número de elétrons contados, por isso a expressão “ \,3 ligações” aqui é o caso neutro e mais típico.

Passo 6

Oxigênio (explicação e cálculo):
  • Oxigênio tem \,6 elétrons de valência.
  • Quer o octeto:
\text{ligações típicas} = 8 - 6 = 2.çõí
  • Exemplo: água \mathrm{H_2O} mostra O com duas ligações simples e dois pares isolados. Observação: O pode formar três ligações em espécies protonadas como \mathrm{H_3O^+} (hidrônio), novamente envolvendo cargas.

Passo 7

Halogênios (explicação e cálculo e exceções):
  • Halogênios (F, Cl, Br, I…) normalmente têm \,7 elétrons de valência.
  • Seguindo a regra do octeto:
\text{ligações típicas} = 8 - 7 = 1.çõí
  • Exemplo: cloreto de hidrogênio \mathrm{HCl}, fluoreto de hidrogênio \mathrm{HF} — os halogênios aparecem normalmente com uma única ligação simples.
  • Exceções: o flúor (F) é sempre \,1 porque não pode expandir o octeto (não tem orbital d disponível). Cloro, bromo e iodo (os halogênios mais pesados) podem, em compostos mais raros e sob certas condições, expandir o octeto e formar mais de uma ligação (ex.: \mathrm{ClF_3}, \mathrm{ClO_4^-} — aí entram estruturas com orbitais d e ressonância/estrutura de carga). Mas para química orgânica e a maioria dos casos práticos a regra \,1 ligação por halogênio é a que se usa.

Passo 8

Resumo prático e dica para prova (como usar isso rapidamente):
  • Conte os elétrons de valência do átomo (usualmente dado pela coluna/grupo na tabela).
  • Aplique a fórmula do dueto ou octeto para obter quantas ligações ele “precisa” fazer.
  • Lembre-se: pares solitários (não ligantes) ocupam lugar na contagem do octeto, então quando montar estruturas de Lewis sempre verifique pares isolados e carga formal.
  • Tenha em mente as exceções: espécies carregadas (cátions/anions) e halogênios pesados podem alterar o número de ligações convencionais.

Resposta

Carbono: 4
Hidrogênio: 1
Nitrogênio: 3 (típico; pode ser 4 em \mathrm{NH_4^+})
Oxigênio: 2 (típico; pode ser 3 em \mathrm{H_3O^+})
Halogênios: 1 (típico; Flúor sempre 1; Cl/Br/I podem expandir o octeto em casos especiais)

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