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: representar a molécula
usando a teoria da ligação de valência (TLV), demonstrando as respectivas ligações covalentes; em seguida, classificar essas ligações dizendo quais são do tipo
e quais são do tipo
.
Informações relevantes dadas ou implícitas:
Informações relevantes dadas ou implícitas:
- Fórmula da molécula:
. - Elementos envolvidos: carbono e hidrogênio (números atômicos não são necessários aqui, mas as configurações eletrônicas serão usadas).
- É pedido tanto a representação por TLV (orbitais e sobreposições) quanto a classificação das ligações como
ou .
Passo 2
Contagem de elétrons de valência e estrutura de Lewis (passo inicial obrigatório antes da TLV).
- Carbono tem
elétrons de valência. Hidrogênio tem elétron de valência cada. - Soma total de elétrons de valência:
- A estrutura de Lewis que satisfaz a regra do octeto (para o C) e o dueto (para H) é o carbono no centro ligado a quatro hidrogênios, cada ligação sendo um par de elétrons partilhado:
com quatro ligações simples formando um tetraedro (representação plana simplificada:
).
Essa análise mostra que o carbono precisa formar quatro ligações covalentes simples, cada uma usando um par de elétrons.
Essa análise mostra que o carbono precisa formar quatro ligações covalentes simples, cada uma usando um par de elétrons.
Passo 3
Configuração eletrônica do carbono e por que precisamos da promoção/excitação para formar quatro ligações.
- Configuração do carbono no estado fundamental:
Isso indica dois elétrons no orbital
e dois elétrons distribuídos nos orbitais
(ou seja, há dois elétrons desemparelhados no estado fundamental se os colocarmos em
e
). Com essa configuração o carbono teria no máximo dois elétrons desemparelhados óbvios, resultando em apenas duas ligações simples se não fizermos mais nada.
- Para explicar as quatro ligações observadas em
, a TLV usa a ideia de promoção (excitação) seguida de hibridização. Primeiro promovemos um elétron do para o :
o que dá quatro orbitais com um elétron cada (quatro elétrons desemparelhados) — condição necessária para formar quatro ligações simples com quatro hidrogênios.
Passo 4
Conceito de hibridização na TLV (explicação didática).
- Hibridização é o processo de combinar orbitais atômicos do mesmo átomo (mesma camada principal) para formar novos orbitais híbridos com energia e geometria adequadas para formar ligações equivalentes.
- Para o carbono promovido
, os orbitais , , e se misturam para formar quatro orbitais equivalentes chamados . Cada orbital possui caráter e caráter . - Em notação: os quatro híbridos são
, cada um contendo um elétron desemparelhado pronto para emparelhar com um elétron de um átomo de hidrogênio.
Passo 5
Formação das ligações covalentes segundo a TLV — sobreposição de orbitais (passo prático).
- O hidrogênio fornece seu orbital
contendo um elétron. Especificamente, para cada hidrogênio: . - Cada ligação C–H em
forma-se pela sobreposição frontal (head-on) de um orbital híbrido do carbono com o orbital do hidrogênio. Em símbolo: - Esse tipo de sobreposição frontal gera uma ligação sigma, escrita como
. Portanto cada uma das quatro sobreposições é uma ligação .
Passo 6
Figura mental / descrição geométrica das sobreposições e consequente geometria molecular.
- Os quatro orbitais
espalham-se no espaço em direção aos vértices de um tetraedro para minimizar repulsões (essa é a previsão de geometria da hibridização). O ângulo entre quaisquer dois híbridos é aproximadamente - Cada hidrogênio fica localizado ao longo do eixo de um
do carbono, formando quatro ligações equivalentes C–H e uma molécula tetraédrica.
Passo 7
Classificação das ligações como
ou
. Definição curta e aplicação ao caso.
- Definição didática:
- Uma ligação
é criada por sobreposição frontal (ao longo do eixo internuclear) de orbitais atômicos (por exemplo , , ou ). A densidade eletrônica fica concentrada ao longo do eixo que liga os dois núcleos. - Uma ligação
é criada por sobreposição lateral (paralela ao eixo internuclear) de orbitais não hibridizados; a densidade eletrônica fica acima e abaixo (ou nas duas faces) do eixo internuclear. só ocorre quando já existe uma entre os mesmos átomos (ex.: duplas/triplas C=C, C≡C).
- Uma ligação
- Aplicando a isso a
: todas as quatro ligações são formadas por sobreposição frontal , logo todas são ligações do tipo . Não há orbitais não-hibridizados no carbono em que permitiriam sobreposição lateral, portanto não há ligações em .
Passo 8
Resumo prático para a prova (o que anotar rápido no caderno se te perguntarem sobre
).
- Lewis: carbono central com quatro ligações simples para quatro hidrogênios (8 elétrons de valência satisfeitos).
- Promoção:
(motivo: obter quatro elétrons desemparelhados). - Hibridização:
(quatro híbridos equivalentes). - Ligações: quatro
formadas por sobreposição frontal — todas . - Geometria: tetraédrica, ângulo
.