14.3
Faça a distinção entre energia de deslocalização, energia de ligação do elétron
e energia de formação da ligação
.
Faça a distinção entre energia de deslocalização, energia de ligação do elétron
Passo 1
O enunciado pede que eu faça a distinção entre três quantidades relacionadas a elétrons
: (1) energia de deslocalização, (2) energia de ligação do elétron
e (3) energia de formação da ligação
.
Informações dadas implicitamente: são termos de química física / teoria de orbitais moleculares e ressonância; espera-se que eu explique o que cada termo significa, como se relacionam e como calculá‑los ou estimá‑los em exemplos simples.
Informações dadas implicitamente: são termos de química física / teoria de orbitais moleculares e ressonância; espera-se que eu explique o que cada termo significa, como se relacionam e como calculá‑los ou estimá‑los em exemplos simples.
Passo 2
Entendendo a formação de uma ligação
(modelo simples de dois orbitais-atômicos).
Quando dois átomos com orbitais se aproximam e formam uma ligação
, os dois orbitais
se combinam formando dois orbitais molecularmente: um ligante
(mais baixo em energia) e um antissimétrico
(mais alto em energia). No modelo de Hückel/valores simplificados usamos dois parâmetros:
Quando dois átomos com orbitais
As energias das OM resultantes são, aproximadamente,
Se colocamos dois elétrons no orbital ligante (caso típico de uma ligação
simples), a energia total eletrônica do par
é
. A referência natural é a soma das energias de dois orbitais
separados, que seria
. Portanto, a diferença (estabilização) ao formar essa ligação
é
Interpretação: formar a ligação
baixa a energia total em
(sinal negativo indica estabilização).
Passo 3
Definindo energia de formação da ligação
.
Com base no passo anterior, eu chamo de energia de formação da ligação a estabilização total associada a criar aquela ligação
entre dois átomos (comparado com os dois orbitais
isolados). No modelo simples:
Com base no passo anterior, eu chamo de energia de formação da ligação
Observações práticas importantes para prova:
- A referência deve ser explicitada (normalmente: dois átomos com orbitais
não combinados, ou dois radicais). - Em termos experimentais, essa energia geralmente é estimada por entalpias de ligação ou por entalpias de hidrogenação comparativas (ver passo com benzena).
Passo 4
Definindo energia de ligação do elétron
.
Se a ligação é ocupada por dois elétrons, cada elétron contribui com metade da estabilização total (no modelo MO simples, ambos ocupam o mesmo orbital ligante). Assim:
Se a ligação
Em palavras: é a quantidade de estabilização atribuível a um único elétron
ao ocupar o orbital ligante, medida relativamente ao estado do elétron no orbital atômico
. Atenção: isto é um valor médio/teórico — em situações reais os elétrons interagem e há correções, mas para prova o raciocínio e a divisão por 2 é o que se espera.
Passo 5
Definindo energia de deslocalização (ressonância).
Energia de deslocalização é a estabilização adicional que um sistema ganha quando seus elétrons são espalhados (delocalizados) por vários átomos conjugados em vez de ficarem confinados em ligações duplas isoladas. Formalmente:
Energia de deslocalização é a estabilização adicional que um sistema ganha quando seus elétrons
onde normalmente os
são energias totais (ou entalpias) e a comparação é feita com uma estrutura de referência que tem os mesmos números de ligações
e
mas com
localizados (modelo de ligações simples/dobradas de Kekulé, por exemplo). A energia de deslocalização é negativa quando há estabilização (o sistema real tem menor energia).
Passo 6
Exemplo prático clássico (benceno) para ver a diferença na prática.
Usa‑se frequentemente hidrogenação para estimar: hidrogenação de uma ligação C=C isolada (ex.: cicleno → cicloalcano) dá cerca de por dupla ligação (valor típico experimental). Se o benceno tivesse três duplas isoladas, a hidrogenação total prevista seria aproximadamente
Usa‑se frequentemente hidrogenação para estimar: hidrogenação de uma ligação C=C isolada (ex.: cicleno → cicloalcano) dá cerca de
Mas a hidrogenação experimental do benceno para ciclohexano é cerca de
A diferença é a energia de deslocalização (estabilização por ressonância):
ou seja, o benceno é cerca de
mais estável do que se tivesse três duplas isoladas. (Sinal positivo aqui indica que a reação de hidrogenação liberaria menos energia porque o reagente já estava mais estável.)
Passo 7
Relacionamento entre os três termos e dicas para a prova.
- Energia de formação da ligação
: é a estabilização total ao criar a ligação entre dois átomos (no modelo simples ). Serve para comparar “uma ligação isolada” com dois orbitais separados. - Energia de ligação do elétron
: é a parcela dessa estabilização atribuível a um único elétron (no modelo simples ). Útil quando se fala em níveis moleculares e ocupação por elétrons. - Energia de deslocalização: é uma estabilização extra que aparece quando vários centros
interagem (conjugação, ressonância); não é a energia de uma única ligação , mas o ganho adicional comparado ao caso em que as ligações estivessem isoladas.
Dicas de redação em prova: declarar as referências (o que você está comparando), usar sinais de estabilização claramente (energia menor = mais estável), e, se pedir um cálculo, indicar se usa modelo teórico () ou dados experimentais (entalpias de hidrogenação).
Passo 8
Resumo didático curto (como eu responderia numa prova curta):
- Diga o que é a referência para cada energia.
- Para valores numéricos use hidrogenação (para deslocalização) e MO simples (para formação e por elétron).
- Se pedirem só conceitualmente, escreva as três definições com suas diferenças principais (local vs por elétron vs coletivo/delocalizado).
Resposta
Energia de formação da ligação
: estabilização total ao formar uma ligação
entre dois orbitais
(referência: dois orbitais
separados); no modelo MO simples
.
Energia de ligação do elétron : parcela da estabilização atribuível a um único elétron
ocupando o orbital ligante (referência: orbital
atômico); no modelo simples vale
por elétron.
Energia de deslocalização: estabilização adicional obtida quando elétrons são delocalizados sobre vários átomos conjugados em vez de estarem em ligações
localizadas (referência: estrutura localizada); pode ser estimada experimentalmente por diferenças de entalpias de hidrogenação (ex.: benceno ≈
de estabilização relativa a três duplas isoladas).
Energia de ligação do elétron
Energia de deslocalização: estabilização adicional obtida quando elétrons