Demonstre como se forma a molécula do etano utilizando a teoria da ligação de valência.
Passo 1
Resumo do enunciado: a tarefa é mostrar como a molécula de etano (C₂H₆) se forma usando a teoria da ligação de valência.
Conteúdo da matéria: teoria da ligação de valência, configuração eletrônica, promoção de elétrons, hibridização sp³ e formação de ligações σ.
O que vamos precisar:
Conteúdo da matéria: teoria da ligação de valência, configuração eletrônica, promoção de elétrons, hibridização sp³ e formação de ligações σ.
O que vamos precisar:
- Saber a configuração eletrônica do C e do H
- Entender promoção eletrônica para gerar elétrons desemparelhados
- Conhecer o conceito de hibridização de orbitais
- Ver como os orbitais híbridos se sobrepõem para formar ligações σ
Passo 2
Antes de tudo, vamos à configuração eletrônica do carbono (Z = 6):
Isso significa que, no estado fundamental, o carbono tem só 2 elétrons desemparelhados (nos orbitais 2p), mas queremos 4 ligações (pois no etano cada C faz 4 ligações: 3 com H e 1 com o outro C). Então precisamos “liberar” mais dois elétrons desemparelhados.
Passo 3
Promoção eletrônica: pegamos um elétron do orbital 2s e empurramos para o orbital 2p vazio. Aí ficamos com
Agora temos 4 elétrons desemparelhados (1 em 2s e 3 em 2p), prontos pra fazer 4 ligações.
Passo 4
Hibridização sp³: misturamos o orbital 2s com os três 2p para gerar quatro orbitais equivalentes, todos com mesma energia e formato. Cada orbital híbrido sp³ é algo como
Esses quatro orbitais sp³ são orientados de forma tetraédrica, o que minimiza repulsões eletrônicas.
Passo 5
Formação das ligações C–H e C–C:
- Cada átomo de H tem um orbital 1s com 1 elétron, pronto pra se emparelhar.
- Três dos orbitais sp³ de cada carbono se sobrepõem com orbitais 1s dos hidrogênios, formando 6 ligações σ C–H no total.
- O quarto orbital sp³ de cada carbono se sobrepõe mutuamente, formando a ligação σ C–C.
Em desenho simplificado:
H
|
H–C–C–H
|
H
H
|
H–C–C–H
|
H
Cada traço é uma ligação σ entre dois orbitais sp³ (ou sp³–1s).
Passo 6
Resumo final da teoria aplicada:
- Promovemos e hibridizamos para ter 4 orbitais sp³ em cada C
- Formamos 6 ligações σ C–H (sp³–1s)
- Formamos 1 ligação σ C–C (sp³–sp³)
- A geometria resultante em cada C é tetraédrica, ângulo ≈109,5°
Resposta
A molécula de etano (C₂H₆) se forma quando cada carbono promove um elétron, hibridiza seus orbitais em quatro sp³ e depois faz:
• três ligações σ sp³–1s com três H,
• uma ligação σ sp³–sp³ entre os dois carbonos.
Isso gera um C₂H₆ com geometrias tetraédricas em cada átomo de carbono.
• três ligações σ sp³–1s com três H,
• uma ligação σ sp³–sp³ entre os dois carbonos.
Isso gera um C₂H₆ com geometrias tetraédricas em cada átomo de carbono.