Explique a diferença na formação de uma ligação sigma (
) e uma ligação pi (
) em termos da sobreposição de orbitais. Qual tipo de hibridização permite a formação de uma ligação tripla (uma sigma e duas pi), como no acetileno
Passo 1
O enunciado pede duas coisas: (1) explicar a diferença na formação de uma ligação
e de uma ligação
em termos de sobreposição de orbitais; (2) dizer qual hibridização permite a formação de uma ligação tripla (uma
e duas
), usando como exemplo o acetileno
.
Informações dadas/implícitas que vamos usar: a ligação tripla entre os dois carbonos é composta de uma ligação mais duas ligações
; átomos de carbono possuem orbitais atômicos
e
que podem se hibridizar; no acetileno há também ligações C–H.
Informações dadas/implícitas que vamos usar: a ligação tripla entre os dois carbonos é composta de uma ligação
Passo 2
Conceito básico: “sobreposição de orbitais” significa que os orbitais atômicos de dois átomos ocupam a mesma região do espaço de modo a permitir que um par de elétrons seja compartilhado entre eles. A natureza da sobreposição (frontal/axial ou lateral) determina o tipo de ligação. Vou explicar os dois tipos principais com calma para você visualizar.
Passo 3
Ligação
: definição e formação.
- Uma ligação
resulta de sobreposição frontal (head‑on, ao longo do eixo que une os dois núcleos). Imagine dois tubos alinhados ponta a ponta: a sobreposição é máxima ao longo da linha que une os dois núcleos. - Exemplos típicos de sobreposição frontal:
, (quando o lobo do está apontando para o outro átomo) ou com os dois p ao longo do eixo internuclear. - Características importantes:
Há continuidade de densidade entre os núcleos — por isso é geralmente a ligação mais forte e permite rotação em torno do eixo (se não houver outras ligações impedindo). - Em notação simples, se os orbitais envolvidos são
e , a combinação que forma a tem grande sobreposição ao longo do eixo internuclear.
Passo 4
Ligação
: definição e formação.
- Uma ligação
resulta de sobreposição lateral (side‑by‑side) entre orbitais que são paralelos entre si, mas não apontam diretamente um para o outro ao longo do eixo internuclear. Pense em dois pratinhos paralelos que se aproximam de lado: a sobreposição ocorre acima e abaixo (ou à frente/atrás) do eixo que une os núcleos. - Tipicamente é o emparelhamento de dois orbitais
não hibridizados, por exemplo de um átomo com do outro, produzindo uma nuvem de densidade eletrônica em regiões laterais em relação ao eixo internuclear. - Características importantes:
A é geralmente menos eficiente em sobreposição que a , por isso é energeticamente mais fraca que a . Uma impede a rotação livre em torno do eixo porque a rotação destruiria a sobreposição lateral.
Passo 5
Comparação direta e consequências na prática.
- Localização da densidade:
→ ao longo do eixo núcleo–núcleo; → acima e abaixo (ou lateralmente) do eixo, com um plano nodal contendo o eixo. - Sobreposição:
tem sobreposição frontal (mais eficaz); tem sobreposição lateral (menos eficaz). - Força/energia: geralmente
> em estabilidade por ligação equivalente. - Rotação: uma única ligação
permite rotação, presença de (ou s) bloqueia rotação sem quebrar ligações. - Ordem de ligação: ligações múltiplas combinam uma
com uma ou mais s. Por exemplo, ligação dupla = uma + uma ; tripla = uma + duas .
Passo 6
O que é hibridização e como ela entra nisso?
- Hibridização é um modelo químico prático: orbitais atômicos (por exemplo
e ) combinam linearmente para formar novos orbitais híbridos direcionais ( , , , etc.) que explicam geometrias moleculares. - Exemplo matemático simples: dois híbridos
equivalentes podem ser formados como combinações lineares
Aqui
é o orbital
do carbono e
é um dos orbitais
; os coeficientes
indicam mistura igual (no caso ideal). As duas combinações são ortogonais entre si e ficam apontando em direções opostas, definindo um ângulo de
.
- Os orbitais
restantes que não entram na hibridização permanecem como orbitais puros, com orientação perpendicular aos híbridos.
Passo 7
Aplicando ao acetileno
: por que a ligação tripla vem de
?
- No acetileno, cada carbono é
-hibridizado: isso significa que de um conjunto dois orbitais formam dois híbridos lineares e restam dois orbitais puros por átomo. Podemos escolher o eixo do enlace C–C como . Então: - Os dois híbridos
de cada carbono apontam ao longo do eixo ; a sobreposição frontal com forma a ligação C–C. - Os dois orbitais
não hibridizados em cada carbono ficam orientados como e , perpendiculares entre si e perpendiculares ao eixo . O do C se sobrepõe lateralmente com o do C para formar uma ligação . Analogamente, o do C se sobrepõe com o do C para formar a segunda ligação . Assim obtemos uma (sp–sp) + duas (p!-!p laterais) — a definição da tripla.
- Os dois híbridos
- As ligações C–H são formadas pela sobreposição frontal do híbrido
de cada carbono com o orbital do hidrogênio (uma C–H cada).
Passo 8
Visualização e consequências finais (o que lembrar para a prova)
- Resuma mentalmente: “sigma = frontal/axial; pi = lateral/parallel p‑p”. Sempre desenhe o eixo internuclear (z) e veja quais orbitais apontam para ele (formam
) e quais ficam perpendiculares (podem formar ). - Para tripla: pense em
porque isso deixa exatamente dois p puros por átomo, suficientes para fazer duas s. Em double use (um p livre → uma ); em simples (todos hibridizados → só s). - Dica prática: na prova, ao ver uma ligação múltipla entre dois átomos idênticos, conte quantas
são necessárias e deduza quantos p não-hibridizados cada átomo precisa ter; isso te leva direto à hibridização.
Resposta
Ligação
: formada por sobreposição frontal (axial) de orbitais (por exemplo
,
,
); densidade eletrônica máxima ao longo do eixo núcleo–núcleo e normalmente permite rotação.
Ligação : formada por sobreposição lateral de orbitais
paralelos (por exemplo
), com densidade ao lado do eixo e um plano nodal contendo o eixo; menos eficiente que a
e bloqueia rotação.
Hibridização que permite a tripla (uma + duas
), como em
:
.
Ligação
Hibridização que permite a tripla (uma