Ligações químicas entre elétrons de camadas internas

No texto Ligações Químicas foi mostrado que as ligações químicas que se estabelecem entre os átomos dos elementos ocorrem entre os elétrons da camada mais externa da eletrosfera (camada de valência).

Essas ligações estabelecem-se a fim de tornar os átomos mais estáveis, obedecendo à regra do octeto, que diz que essa estabilidade é adquirida quando o elemento possui a configuração eletrônica de um gás nobre, ou seja, quando fica com oito elétrons na camada de valência (ou com dois no caso dos átomos que possuem apenas uma camada).

Isso pode ser visto, por exemplo, no caso da formação do sal fluoreto de césio (CsF). Como mostrado abaixo, o átomo de césio possui apenas 1 elétron na sua camada mais externa, enquanto o átomo de flúor possui sete elétrons na camada de valência. Isso significa que o césio tem a tendência de perder esses elétrons para ficar com oito na última camada, enquanto o flúor tem a tendência de receber mais um elétron, ficando também com oito e estabilizando-se:

Átomos de césio e flúor

Essa ligação é iônica e ocorre em condições de pressão e temperatura normais. Veja, portanto, que isso confirma que são os elétrons da camada mais externa que participam da ligação. O mesmo aplica-se para as ligações covalentes, em que, em vez de haver uma doação de elétrons, há um compartilhamento em pares de elétrons, pois ambos os átomos que se ligam precisam receber elétrons para ficar estáveis. A não reatividade dos elétrons das camadas internas e a periodicidade dos elementos são princípios bastante enraizados no estudo de estrutura atômica em Química, principalmente no Ensino Médio.

No entanto, estudos recentes questionam essas regras básicas da Química. O químico Mao-sheng Miao da Universidade da Califórnia, Santa Bárbara, e do Centro de Pesquisa de Ciência Computacional de Pequim, na China, relatou sua pesquisa na revista Nature Chemistry, de 23 de setembro de 2013, que foi publicada também na Scientific American Brasil (revista que faz parte do Nature Publishing Group), de março de 2014, na página 12. Segundo seus cálculos de primeiros princípios baseados unicamente nas leis conhecidas da Física, ele chegou à seguinte conclusão importante:

“Sob pressões elevadas, é possível ocorrer ligações químicas entre elétrons de camadas internas.”

Essas pressões seriam em torno de 30 gigapascals. Para se ter uma ideia, seria uma pressão maior que a do fundo do mar, mas menor que a do centro da Terra.

Miao demonstrou, por meio de duas moléculas exóticas, que um átomo de césio poderia doar outros elétrons localizados em camadas mais internas para outros átomos de flúor. Um desses compostos era o trifluoreto de césio (CsF₃). Para a formação do CsF₃, ocorreria o seguinte: primeiro haveria uma primeira ligação normal, igual à ligação que explicamos acima, envolvendo os elétrons da camada externa de um átomo de césio e um átomo de flúor. Depois, outros dois átomos de flúor se ligariam ao césio, que compartilharia dois de seus elétrons internos.

O mesmo ocorreria com a formação do pentafluoreto de césio (CsF₅). Mas, nesse caso, seriam quatro elétrons internos compartilhados. Essas moléculas seriam bastante exóticas e bonitas.

Dessa forma, calculou-se que realmente haveria a possibilidade da formação dessas moléculas exóticas e de que elas seriam estáveis. Seus cálculos basearam-se na entalpia, que é a medida de energia total de um sistema sob pressão constante, sendo que as reações voltam-se para o sentido dos produtos de menor entalpia. Assim, ele viu que essas moléculas maiores tinham uma entalpia menor acima de certas pressões, tornando viável a sua formação.

Será que todos os livros de Química do Ensino Médio terão que ser revisados? Bem, tudo está ainda na teoria, falta esperar para ver se elas serão produzidas em laboratório, confirmando seus cálculos.