Explique por que a molécula de \mathrm{Cl}_{2} é uma espécie molecular estável.

Passo 1

O enunciado pede que eu explique por que a molécula de \mathrm{Cl}_{2} é uma espécie molecular estável.
Informações relevantes dadas (explícitas ou implícitas): a fórmula da molécula é \mathrm{Cl}_{2}, ou seja, ela é formada por dois átomos de cloro ligados entre si. Não há outras informações na questão, então vou usar dados fundamentais sobre o átomo de cloro que são geralmente aceitos (configuração eletrônica, número de elétrons de valência, etc.).

Passo 2

Começando pelo átomo de cloro: qual é a configuração eletrônica e quantos elétrons de valência ele tem?
A configuração eletrônica do cloro é
1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5.
Os elétrons de valência são aqueles das camadas mais externas ( 3s e 3p). Portanto cada átomo de cloro tem 7 elétrons de valência (dois em 3s e cinco em 3p). Vou explicar por que isso importa: elétrons de valência são os que participam das ligações químicas.

Passo 3

O objetivo “típico” de átomos não-metálicos como o cloro é completar a camada de valência para atingir a configuração eletrônica estável (a chamada regra do octeto). A regra do octeto diz, de forma prática e útil em muitas situações, que átomos se estabilizam ao ter 8 elétrons na camada de valência (como os gases nobres).
Um átomo de cloro com 7 elétrons de valência precisa de mais 1 elétron para completar o octeto.

Passo 4

Como dois átomos de cloro resolvem esse “déficit” de um elétron cada? Compartilhando elétrons para formar uma ligação covalente simples. Vou mostrar isso com uma representação simples de elétrons: cada cloro tem um elétron desemparelhado no orbital 3p; ao se aproximarem eles podem colocar esses dois elétrons juntos formando um par de elétrons partilhado (um par ligante). Em notação simplificada:
\mathrm{Cl}^{\bullet} + \mathrm{Cl}^{\bullet} \longrightarrow \mathrm{Cl}\!-\!\mathrm{Cl}
ou, em pontos de Lewis,
\text{Cl}\,\cdot\\\ +\\ \cdot\,\text{Cl}\\ \longrightarrow\\ \text{Cl}:\text{Cl},
onde os dois pontos entre os cloros representam o par de elétrons compartilhado (a ligação covalente). Depois desse compartilhamento, cada átomo “vê” 8 elétrons na sua camada externa.

Passo 5

Por que isso gera estabilidade? Dois motivos complementares e importantes: (1) ao formar a ligação, o sistema resulta em menor energia total do que os dois átomos isolados — energia é liberada na formação da ligação (energia de ligação positiva em módulo), e sistemas de menor energia são mais estáveis; (2) cada átomo de cloro alcança a configuração de octeto, que é uma configuração eletrônica mais estável. Em provas, dizer que “a formação da ligação resulta em menor energia e completa o octeto” costuma ser a explicação química central.

Passo 6

Outra maneira, um pouco mais formal, de mostrar estabilidade é falar em ordem de ligação (bond order). Ordem de ligação igual a 1 corresponde a uma ligação simples (um par de elétrons ligantes). Tanto pela visão de Lewis quanto pela teoria de orbitais moleculares simplificada, a combinação dos orbitais 3p dos dois cloros conduz a um par ligante e nenhum par ligante adicional líquido, ou seja, bond order =1. Ordem de ligação 1 significa que há uma ligação estável entre os dois átomos (não é fraca a ponto de se dissociar espontaneamente a temperatura ambiente sem aporte de energia). Também disso decorre que \mathrm{Cl}_{2} é diamagnética (todos os elétrons emparelhados), o que confirma que os elétrons desemparelhados dos átomos isolados emparelharam na molécula — outro sinal de que a formação da ligação é favorável.

Passo 7

Resumo didático para a hora da prova (passos práticos que você pode escrever):
  1. Escreva configuração eletrônica do cloro: \;1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5.
  2. Conclua que ele tem 7 elétrons de valência e precisa de 1 para completar o octeto.
  3. Explique que dois cloros compartilham um elétron cada para formar um par ligante, representando \mathrm{Cl}:\mathrm{Cl} (ligação simples).
  4. Afirme que, ao completar o octeto e liberar energia na formação da ligação, o sistema fica em energia mais baixa — isto é, a molécula é energeticamente estável. Se quiser reforçar, diga que a ordem de ligação é 1 e que a molécula é diamagnética.

Resposta

A molécula \mathrm{Cl}_{2} é estável porque cada átomo de cloro, que tem 7 elétrons de valência ( 3s^2\,3p^5), compartilha um elétron com o outro átomo formando um par de elétrons ligante (ligação covalente simples). Assim cada átomo completa o octeto, a ligação resulta em liberação de energia (redução da energia total do sistema) e a ordem de ligação é 1, o que torna \mathrm{Cl}_{2} uma espécie molecular energeticamente estável.

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