Qual o critério fundamental que deve ser obedecido para que seja possível combinar orbitais atômicos na formação de um orbital molecular?
Passo 1
O que o enunciado pede: identificar o critério fundamental que precisa ser obedecido para que seja possível combinar orbitais atômicos (OA) e formar um orbital molecular (OM).
Informações dadas: nenhuma informação numérica ou figura — é uma pergunta conceitual.
Informações dadas: nenhuma informação numérica ou figura — é uma pergunta conceitual.
Passo 2
Resposta curta, direta e poderosa (vamos destrinchar depois): para que dois (ou mais) orbitais atômicos possam combinar de forma significativa e gerar orbitais moleculares, eles precisam ter compatibilidade de simetria de modo que o integral de sobreposição entre eles seja diferente de zero. Em palavras simples: precisam “se parecer” geometricamente diante das operações de simetria da molécula, de modo que exista sobreposição espacial efetiva.
Passo 3
O que significa “compatibilidade de simetria”?
- Orbitais transformam-se de um jeito quando aplicamos operações de simetria (rotações, reflexões, inversão, etc.).
- Cada orbital pertence a uma representação irreducível do grupo de simetria da molécula (ou, no caso simples de uma molécula diatômica, tem um comportamento bem definido em relação ao eixo internuclear e à inversão).
- Regra prática: só orbitais que transformam-se da mesma maneira (ou seja, pertencem à mesma representação de simetria) podem formar combinações lineares que resultem em orbitais moleculares com simetria bem definida. Caso contrário, as partes positivas e negativas “se cancelam” quando se faz a integração e não há mistura.
Passo 4
Formalizando com a integral de sobreposição — isso mostra o critério matemático:
- Definição do integral de sobreposição entre dois orbitais
e :
- Interpretação:
mede a sobreposição espacial entre os dois orbitais. Se (orbitais ortogonais), não há termo na combinação linear que gere uma interação (mistura) entre eles; se , existe possibilidade de formar combinações (bonding/antibonding) significativas. - A simetria controla se
é zero ou não: orbitais de simetrias diferentes normalmente têm .
Passo 5
Exemplos práticos para fixar (maneiro e útil para prova):
- H
: dois orbitais idênticos nos dois átomos têm a mesma simetria em relação ao eixo internuclear → → formam (ligante) e (antiligante). - HCl: o
de H pode combinar com o orbital do Cl que está alinhado ao eixo internuclear, porque ambos têm a mesma simetria em relação ao eixo; o ou de Cl (perpendiculares ao eixo) têm simetria diferente e praticamente não combinam com o do H. - Se um orbital tem muita diferença de energia do outro (por exemplo, um OA profundamente ligado e outro muito excitado), mesmo que a simetria permita combinação, a mistura será pequena — ou seja, energia similar favorece mistura, mas não é o critério fundamental.
Passo 6
Resumo do porquê isso importa na hora da prova (técnica rápida que funciona sempre):
- Verifique a simetria relativa dos orbitais em relação ao eixo/planos/centro de inversão da molécula; se forem compatíveis, calcule (ou considere) o integral de sobreposição; se ele puder ser não nulo, a combinação é permitida.
- Como regra prática curta para responder rápido: “mesma simetria → possível combinar; simetrias diferentes → não combinam”. Acrescente: “energias próximas → mistura eficiente”.
Resposta
Orbitais atômicos só podem combinar formando um orbital molecular se forem compatíveis em simetria (pertencerem à mesma representação de simetria em relação às operações do grupo da molécula), de modo que o integral de sobreposição
, seja não nulo; energias semelhantes entre os orbitais favorecem a mistura, mas a condição de simetria (e o
) é o critério fundamental.