Uma alternativa para a classificação do caráter da ligação, entre iônica e covalente, considera a eletronegatividade individual dos átomos envolvidos na ligação investigada. A equação que rege este perfilamento é
, onde
é a diferença de eletronegatividade entre os átomos na ligação (em eV). Ao mesmo tempo, é possível determinar a eletronegatividade a partir da equação
, onde
é a energia associada ao orbital ocupado de energia mais alta (cuja sigla inglesa é HOMO) e
, a energia do orbital desocupado de energia mais baixa (LUMO). Diante disto, encontre os limites de eletronegatividade exigidos para que uma ligação seja considerada covalente. Explique, também, a dependência da natureza da ligação com as energias dos orbitais de fronteira.
Passo 1
Então, vamos dar uma olhada no que o exercício está pedindo. A questão trata da eletronegatividade e de como ela influencia o tipo de ligação química entre átomos, que pode ser iônica ou covalente. Para resolver isso, vamos precisar entender duas fórmulas principais:
-
A fórmula que relaciona a diferença de eletronegatividade (
) com a porcentagem de caráter iônico da ligação: -
A fórmula para calcular a eletronegatividade (
) a partir das energias dos orbitais de fronteira (HOMO e LUMO):
Vamos usar essas equações para encontrar quais valores de eletronegatividade fazem uma ligação ser considerada covalente e entender como as energias dos orbitais de fronteira influenciam isso.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que significa uma ligação ser covalente. Em uma ligação covalente, os elétrons são compartilhados mais ou menos igualmente entre os átomos, enquanto em uma ligação iônica, há transferência de elétrons de um átomo para outro, criando íons. A eletronegatividade é uma medida de quão fortemente um átomo atrai elétrons em uma ligação.
Para uma ligação ser considerada covalente, a diferença de eletronegatividade entre os dois átomos envolvidos deve ser pequena. Vamos usar a equação da porcentagem de caráter iônico para descobrir quais diferenças de eletronegatividade correspondem a uma ligação predominantemente covalente.
Passo 3
Vamos usar a fórmula da porcentagem de caráter iônico:
Queremos que a ligação seja covalente, o que significa que a porcentagem de caráter iônico (
) deve ser baixa. Geralmente, considera-se que ligações com
abaixo de 40% são predominantemente covalentes. Então, vamos estabelecer
.
Substituindo na fórmula:
Vamos resolver essa equação para encontrar o valor máximo de
que ainda mantém a ligação como covalente.
Passo 4
Primeiro, vamos dividir ambos os lados da equação por 100 para simplificar:
Agora, vamos isolar a exponencial:
Para eliminar a exponencial, vamos aplicar o logaritmo natural (
) em ambos os lados:
Calculando o logaritmo:
Então:
Multiplicamos ambos os lados por -1:
Agora, tiramos a raiz quadrada de ambos os lados:
Multiplicando ambos os lados por 2 para encontrar
:
Passo 5
Então, encontramos que a diferença máxima de eletronegatividade para que uma ligação seja considerada covalente é de aproximadamente 1,43 eV. Isso significa que, se a diferença de eletronegatividade entre dois átomos for menor ou igual a 1,43 eV, a ligação entre eles tende a ser covalente.
Passo 6
Agora, vamos falar sobre como as energias dos orbitais de fronteira, o HOMO (Orbital Molecula de Energia Mais Alta Ocupada) e o LUMO (Orbital Molecula de Energia Mais Baixa Desocupada), influenciam a natureza da ligação.
A eletronegatividade é calculada pela fórmula:
Isso significa que a eletronegatividade está relacionada à energia desses orbitais. Se a energia do HOMO for alta (menos negativa) e a do LUMO for baixa (mais negativa), a combinação resulta em uma eletronegatividade maior. Quando dois átomos têm eletronegatividades similares, suas energias de HOMO e LUMO também serão similares, facilitando o compartilhamento de elétrons e formando uma ligação covalente.
Por outro lado, se as energias desses orbitais forem muito diferentes, a diferença de eletronegatividade aumenta, resultando em mais caráter iônico na ligação.
Resposta
Para que uma ligação seja considerada covalente, a diferença de eletronegatividade entre os átomos envolvidos deve ser de, no máximo, aproximadamente 1,43 eV. Além disso, a natureza da ligação depende das energias dos orbitais de fronteira (HOMO e LUMO): quando essas energias são similares entre os átomos, a eletronegatividade é equilibrada, promovendo o compartilhamento de elétrons característico das ligações covalentes.