1-Explique as semelhanças e diferenças entre ligações \sigma e \pi. Apresente exemplos.

Passo 1

O enunciado pede para explicarmos as semelhanças e diferenças entre ligações \sigma e \pi, dois tipos de ligações covalentes na teoria do enlace de valência, e apresentar exemplos práticos para ilustrar esses conceitos.

Passo 2

Definindo a ligação \sigma:
  • Surge do sobreposição frontal (head-on) de orbitais atômicos (por exemplo, s s, s p ou p p ao longo do eixo que une os núcleos).
  • A densidade eletrônica está concentrada ao longo da linha imaginária que une os dois núcleos atômicos.
  • É, em geral, mais forte que uma ligação \pi devido ao maior grau de sobreposição.

Passo 3

Definindo a ligação \pi:
  • Surge da sobreposição lateral (side-by-side) de orbitais p (ou híbridos com caráter p), com eixos paralelos, formando nuvens eletrônicas acima e abaixo do eixo nuclear.
  • A densidade eletrônica fica concentrada lateralmente, não diretamente entre os núcleos.
  • É mais fraca que a ligação \sigma e impede rotação livre em torno do eixo da ligação.

Passo 4

Similaridades entre \sigma e \pi:
  • Ambas são ligações covalentes, formadas pelo compartilhamento de elétrons entre átomos.
  • Dependem do princípio do mínimo de energia: a sobreposição orbital estabiliza o sistema.
  • Contribuem para a estabilidade e geometria da molécula.

Passo 5

Diferenças entre \sigma e \pi:
  • Modo de sobreposição: frontal ( \sigma) vs. lateral ( \pi).
  • Distribuição da densidade eletrônica: ao longo do eixo nuclear ( \sigma) vs. acima e abaixo ( \pi).
  • Força e comprimento: \sigma costuma ser mais forte e ligeiramente mais curta que \pi.
  • Liberação de rotação: ligações \sigma puras permitem rotação livre, enquanto a presença de \pi restringe essa rotação.

Passo 6

Exemplos práticos:
  • Molécula de \mathrm{H_2}: uma ligação simples, exclusivamente \sigma (sobreposição 1s 1s).
  • Eteno ( \mathrm{C_2H_4}): cada carbono forma três ligações \sigma ( sp^2 sp^2 entre carbonos e sp^2 1s com hidrogênios) mais uma ligação \pi (sobreposição lateral de p não híbrido).
  • Etileno ( \mathrm{C_2H_2}): entre carbonos há uma \sigma ( sp sp) e duas \pi (dupla sobreposição lateral de orbitais p).

Resposta

A ligação \sigma e a ligação \pi são ambas covalentes e resultam de sobreposição orbital, mas diferem no modo como os orbitais se encontram (frontal para \sigma, lateral para \pi), na distribuição de densidade eletrônica, na força e na capacidade de rotação ao redor do eixo de ligação. Exemplos típicos são \mathrm{H_2} (apenas \sigma), \mathrm{C_2H_4} (uma \pi além de três \sigma) e \mathrm{C_2H_2} (duas \pi além de uma \sigma).

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