Demonstre a formação das seguintes ligações covalente para os seguintes compostos:
Passo 1
O enunciado pede que eu demonstre a formação da ligação covalente entre as espécies indicadas:
.
Informações relevantes fornecidas pelo enunciado: os dois átomos envolvidos são carbono ( ) e hidrogênio (
), com a anotação
ao lado de cada um.
Informações relevantes fornecidas pelo enunciado: os dois átomos envolvidos são carbono (
Passo 2
Primeiro, vamos usar os fatos químicos básicos sobre os átomos (essas são informações padrão que precisamos para montar a ligação):
- Configuração eletrônica do hidrogênio:
. Isso significa que o hidrogênio tem um elétron na orbital ; ele “quer” completar a dupla (regra do duet) ficando com dois elétrons na camada . - Configuração eletrônica do carbono (valor real do número atômico
do carbono é ): . Os elétrons da camada externa (valência) estão em e ; somando, o carbono tem elétrons de valência ( ). O carbono costuma formar ligações para completar o octeto (ficar com 8 elétrons na camada de valência).
Explicação didática: quando falamos de “ligação covalente”, estamos falando de dois átomos que compartilham elétrons para que cada um atinja uma configuração mais estável (dueto para H, octeto para C). O hidrogênio tem 1 elétron; se ele compartilhar com outro elétron, passa a ter 2 no seu orbital
. O carbono tem 4 elétrons de valência e pode formar até 4 ligações simples para completar seu octeto.
Passo 3
Representação por pontos de Lewis (muito útil para ver quem compartilha com quem):
- Símbolo do carbono com seus 4 elétrons de valência (cada ponto é um elétron):
(normalmente distribuídos mostrando dois emparelhados em e dois desemparelhados em ; para visualização simples mostramos quatro pontos). - Símbolo do hidrogênio com seu elétron:
.
Agora, quando ocorre a formação de uma ligação covalente simples entre C e H, um elétron do carbono e o elétron do hidrogênio formam um par compartilhado. Em notação de Lewis isso vira:
ou, mostrando explicitamente o par ligado:
Explicação simples: o par
entre
e
é a ligação covalente simples — dois elétrons ocupam a mesma região entre os núcleos, mantendo-os juntos por atração eletrostática.]
Passo 4
Visão orbital (o que acontece “no espaço”): a ligação C–H é um tipo de ligação sigma (
) gerada pelo recobrimento frontal dos orbitais que contêm os elétrons. Há duas formas simples de entender esse recobrimento:
-
Modelo minimalista (direto com orbitais atômicos): o elétron do
está em e o elétron desemparelhado do pode estar em uma orbital (ou numa orbital híbrida, veja abaixo). Quando o orbital do H se aproxima do orbital do C, eles se sobrepõem “em fase” e formam uma orbital molecular ligada ( ) onde os dois elétrons passam a ocupar a mesma região entre os núcleos — essa é a ligação covalente. -
Modelo de hibridização (mais realista para carbono formando ligações simples): se o carbono forma várias ligações (por exemplo em metano
), ele promove e hibridiza seus orbitais para formar quatro orbitais equivalentes . Cada orbital contém um elétron desemparelhado que se sobrepõe frontalmente com um orbital de um hidrogênio, formando quatro ligações idênticas. Mesmo se tivermos apenas um H, a ideia é a mesma para a ligação C–H: há sobreposição frontal de um orbital contendo um elétron no carbono com o do hidrogênio, formando uma ligação .
Definição didática de sigma: ligação
é aquela com máxima densidade eletrônica ao longo da linha que une os dois núcleos (recobrimento frontal), e é a ligação covalente simples mais comum.
Passo 5
Por que isso é estável (por que a ligação se forma espontaneamente)?
Quando os dois elétrons formam um par compartilhado entre os átomos, a energia total do sistema diminui (a atração entre os elétrons compartilhados e ambos os núcleos estabiliza a dupla). Além disso, o hidrogênio atinge seu estado mais estável (dueto) e o carbono caminha para completar o octeto (cada ligação simples fornece 2 elétrons compartilhados para o total do carbono). Se o carbono só formar uma ligação com um hidrogênio ele ainda ficará com octeto incompleto; mas a formação da primeira ligação é idêntica ao processo que leva, com mais hidrogênios, ao metano .
Quando os dois elétrons formam um par compartilhado entre os átomos, a energia total do sistema diminui (a atração entre os elétrons compartilhados e ambos os núcleos estabiliza a dupla). Além disso, o hidrogênio atinge seu estado mais estável (dueto) e o carbono caminha para completar o octeto (cada ligação simples fornece 2 elétrons compartilhados para o total do carbono). Se o carbono só formar uma ligação com um hidrogênio ele ainda ficará com octeto incompleto; mas a formação da primeira ligação é idêntica ao processo que leva, com mais hidrogênios, ao metano
Observação sobre polaridade: a diferença de eletronegatividade entre C e H é pequena (
,
), então a ligação
é basicamente covalente não polar.
Passo 6
Resumo prático para a prova — o que escrever quando pedirem “demonstre a formação da ligação C–H”:
- Escrever as configurações eletrônicas:
e . - Mostrar os elétrons de valência em pontos de Lewis e emparelhar um elétron de
com o de para formar o par compartilhado. - Explicar que a ligação é uma ligação
formada pela sobreposição frontal do orbital do H com um orbital do C (puro ou mais realisticamente um orbital híbrido quando C tem várias ligações). - Concluir que o resultado é uma ligação covalente simples
, com compartilhamento de dois elétrons.
Resposta
Ligação covalente simples (
) entre C e H:
(par eletrônico compartilhado, representação de Lewis:
).