Explique por meio da TLV e da TOM a ligação nas seguintes espécies:
Passo 1
O que o enunciado pede e o que temos de dado:
- Pede: explicar, usando a TLV e a TOM, a ligação na espécie
. - Informação básica que a espécie fornece (essa informação vem do próprio enunciado, é essencial):
- A espécie tem dois núcleos de hidrogênio (dois prótons) e um elétron no total.
- Cada átomo isolado oferece um orbital atômico
que serão os blocos de construção tanto na TOM quanto na TLV.
Passo 2
Breve revisão: o que são TLV e TOM (em linguagem simples, sem jargões desnecessários)
-
TOM (Teoria das Orbitais Moleculares): constrói orbitais moleculares como combinações lineares dos orbitais atômicos. O elétron ocupa esses orbitais moleculares que pertencem à molécula como um todo. A ideia chave: somas construtivas entre orbitais aumentam densidade eletrônica entre núcleos (ligantes); diferenças (subtrações) produzem nós e diminuem densidade entre núcleos (antiligantes).
-
TLV (Teoria da Ligação por Valência, aqui entendida como valence-bond ou descrição por estruturas/ressonância): descreve a ligação como superposição (ressonância) de estruturas onde os elétrons estão mais localizados em átomos ou pares. Para
a TLV mostra que o elétron pode estar mais próximo de um ou de outro átomo e a verdadeira função de onda é uma mistura (ressonância) dessas possibilidades, criando ligação através da delocalização.
Passo 3
TOM aplicada a
— construção dos orbitais e ocupação
-
Começamos pelos orbitais atômicos:
(centro A) e (centro B). -
Fazemos combinações lineares simples (LCAO) para obter os dois orbitais moleculares mais importantes:
onde
e
são constantes de normalização que dependem do parâmetro de sobreposição
. Explicitamente,
-
Interpretação física:
-
(soma) é o orbital ligante : há aumento de densidade eletrônica entre os prótons — favorece atração próton–elétron entre os dois núcleos. -
(diferença) é o orbital antiligante : tem um nó entre os núcleos e reduz densidade entre eles — não favorece ligação.
-
-
Ocupação para
: só há um elétron. Ele ocupará o orbital de menor energia, que é (o ligante). Assim temos um elétron no orbital ligante e nenhum no antiligante.
Passo 4
Cálculo simples e conclusão pela TOM: ordem de ligação e consequência prática
- Fórmula da ordem de ligação (usada na TOM):
- Aqui
e . Logo
- Interpretação: a ligação em
é uma ligação “meio” — isto é, uma ligação composta por apenas um elétron no orbital ligante, resultando em uma ligação mais fraca do que em (que tem uma ligação covalente completa com ordem 1).
Passo 5
TLV (Valence-bond) aplicada a
— descrição passo a passo e intuição
- Na TLV, pensamos em funções onde o elétron está mais localizado em um átomo ou no outro. Duas estruturas básicas:
- Estrutura 1: elétron localizado no átomo
, . - Estrutura 2: elétron localizado no átomo
, .
- Estrutura 1: elétron localizado no átomo
- A função de onda real da molécula é uma superposição (soma) dessas duas possibilidades:
onde
é a função com o elétron no centro
e
a função com o elétron no centro
;
é uma constante de normalização.
-
Por que isso liga? Porque a soma dá maior amplitude entre os núcleos (mesma consequência da combinação construtiva da TOM): a probabilidade de encontrar o elétron entre os prótons aumenta, o que resulta em atração elétrica que mantém os prótons juntos. Em palavras mais simples: o elétron “vive” entre os dois núcleos, atenuando a repulsão próton–próton.
-
Observação: como só há um elétron, não há um par eletrônico compartilhado clássico; porém a ressonância/delocalização do elétron gera estabilização — por isso existe ligação, embora mais fraca.
Passo 6
Comparação direta TOM vs TLV e entendimento que você precisa levar para a prova
-
TOM dá uma descrição matemática simples e quantitativa: forma explícita dos orbitais
e , ocupação do orbital ligante com um elétron e cálculo imediato da ordem de ligação . É prático para calcular energias aproximadas e prever forças/comprimentos de ligação. -
TLV (VB) dá a intuição química: a ligação surge por ressonância entre o elétron localizado em um átomo e no outro; essa delocalização aumenta densidade entre núcleos e estabiliza a molécula. Para
a TLV explica por que mesmo um único elétron consegue “colar” os dois prótons. -
Em provas: para
faça os dois argumentos curtos: - TOM: escreva as combinações
, diga que o elétron ocupa esse orbital e calcule a ordem de ligação . - TLV: escreva que a função de onda é combinação das duas estruturas com elétron em
e em , enfatize que a delocalização gera densidade entre prótons e estabilização (ligação).
- TOM: escreva as combinações
Resposta
Ligação do tipo
formada pelo orbital molecular
; na TOM o único elétron ocupa esse orbital ligante, dando ordem de ligação
. Pela TLV a ligação é explicada como ressonância entre as estruturas com o elétron localizado em
e em
— a delocalização aumenta a densidade entre os prótons e estabiliza a molécula.