Dado as moléculas abaixo, represente-as utilizando a teoria da ligação de valência (TLV), demonstrando suas respectivas ligações covalentes. Em seguida, classifique-as, dizendo quais são do tipo o e quais são do tipo π, de acordo com os orbitais atômicos envolvidos (dados:
;
).
Passo 1
O enunciado pede para representar a molécula
usando a teoria da ligação de valência (TLV), demonstrando as ligações covalentes, e em seguida classificar essas ligações como do tipo
ou
com base nos orbitais atômicos envolvidos. Foi fornecido o número atômico de cloro:
. Vou listar as informações úteis extraídas do enunciado:
- Molécula a analisar:
. - Número atômico do cloro:
(isto implica configuração eletrônica de valência e, portanto, elétrons de valência por átomo).
As perguntas que devo responder:
- Desenhar/representar a ligação covalente entre os dois átomos de cloro segundo a TLV (mostrar pares de elétrons e elétron(s) desemparelhado(s) que formam a ligação).
- Dizer se a(s) ligação(ões) é(são) do tipo
ou , justificando pelos orbitais atômicos envolvidos.
Passo 2
Contagem de elétrons de valência e estrutura de Lewis (passo a passo, bem didático).
- Cada átomo de cloro tem
elétrons de valência porque a configuração de valência é . Portanto: - Para conseguir o octeto, cada átomo de cloro precisa de mais
elétron. Assim, dois cloros compartilham um par de elétrons formando uma ligação simples (par de ligação). - Representação em Lewis (modo simples): cada átomo de cloro tem três pares isolados (seis elétrons) e um par compartilhado entre os dois átomos:
Em palavras: há um par compartilhado (ligação covalente simples) e três pares não-ligantes em cada . Assim o octeto de cada átomo fica completo. - Ordem de ligação: é uma ligação simples, logo ordem de ligação
. - Estado magnético: os dois elétrons desemparelhados (um em cada
isolado) emparelham na ligação, logo é diamagnético.
Passo 3
O que a TLV (teoria da ligação de valência) diz e como aplicá-la aqui (explicação conceitual):
- Princípio básico da TLV: uma ligação covalente surge quando dois átomos, cada um com um elétron desemparelhado em um orbital atômico, fazem o sobrepô-los espacialmente; o par resultante fica mais estável (ligação).
- Para o átomo de cloro isolado, a configuração de valência é
. Isso significa que na camada existem: (ou seja, dois orbitais estão preenchidos com pares e um está semi-preenchido com um elétron desemparelhado). Essa é uma escolha de representação comum: há um elétron desemparelhado em um dos orbitais . - Na formação de
cada átomo de cloro contribui com esse elétron desemparelhado que está em um orbital . Escolhe-se o eixo internuclear como eixo ; então os orbitais (um de cada átomo) se alinham ao longo do eixo que une os núcleos.
Passo 4
Descrição explícita da sobreposição orbital segundo a TLV (passo a passo visual/textual):
- Os dois orbitais
(um de cada ) têm cada um um elétron desemparelhado. Esses dois orbitais se aproximam e fazem uma sobreposição “frontal” (head-on) ao longo do eixo que une os núcleos. - Sobreposição frontal de dois orbitais
gera uma ligação do tipo porque a densidade eletrônica da ligação tem simetria cilíndrica em torno do eixo internuclear (não há plano nodal contendo o eixo com mudança de sinal característica de uma ). - Os outros orbitais ocupados
, e ficam como pares não-ligantes (lone pairs) em cada átomo; eles não participam da formação da ligação . - Portanto, segundo a TLV, a ligação é formada por:
e os pares permanecem como pares isolados em cada .
Passo 5
Definição curta e comparação
vs
(para fixar a ideia) e conclusão para
:
- Ligação
: formada por sobreposição frontal (head-on) de orbitais; pode ocorrer entre - , - , - (quando o p está dirigido ao longo do eixo internuclear). Tem simetria cilíndrica. - Ligação
: formada por sobreposição lateral (side-on) de dois orbitais paralelos; a densidade eletrônica fica acima e abaixo do eixo internuclear e existe um plano nodal que contém o eixo internuclear. - Em
há apenas uma ligação simples formada por sobreposição frontal dos semi-preenchidos: portanto a ligação é exclusivamente do tipo . Não há orbitais adicionais disponíveis para sobreposição lateral que resultem em (isso exigiria ligações múltiplas), então não existe ligação em .
Resposta
Lewis: cada
tem três pares não-ligantes e um par compartilhado:
.
Segundo a TLV, a ligação resulta da sobreposição frontal formando uma ligação
. Não há ligações
em
.
Segundo a TLV, a ligação resulta da sobreposição frontal