Faça um comparativo entre a teoria de ligação de valência (TLV) e a teoria dos orbitais moleculares (TOM), mostrando suas semelhanças e diferenças

Passo 1

O enunciado pede um comparativo entre a teoria de ligação de valência (TLV) e a teoria dos orbitais moleculares (TOM). Ambas são teorias quânticas de ligação química, baseadas no uso de orbitais atômicos, mas diferem na forma de construir e interpretar essas ligações. Vamos identificar primeiro os pontos em comum e depois as principais diferenças.

Passo 2

Semelhanças
  • Ambas partem dos princípios da mecânica quântica e usam orbitais atômicos como base para descrever elétrons em moléculas.
  • Empregam o método LCAO (Linear Combination of Atomic Orbitals) para aproximar funções de onda moleculares. Por exemplo, na TOM definimos orbitais moleculares como
\psi_i = \sum_j c_{ij}\,\phi_j
e na TLV combinamos atomicamente dois orbitais para formar uma ligação.
  • Visam explicar propriedades qualitativas como geometria molecular, energia de ligação e distribuição eletrônica.

Passo 3

Diferenças
  • Localização vs. Delocalização
  • TLV: orbitais híbridos localizados em pares de átomos (ex.: sp^3, sp^2), enfatiza a ligação como sobreposição de dois orbitais atômicos.
  • TOM: orbitais moleculares estendem-se por toda a molécula, podendo ser ligantes (bonding), antiligantes (antibonding) ou não ligantes.
  • Natureza da função de onda
  • TLV: função de onda aproximada é produto de orbitais atômicos emparelhados, com correção de spin via funções de valência de Heitler–London.
  • TOM: função de onda é determinantal (ou linear) envolvendo todos os elétrons simultaneamente num conjunto de orbitais moleculares ortonormais.
  • Previsão de energia e estabilidade
  • TLV: dá boa intuição qualitativa (direcionalidade, hibridização), mas calcula mal energias de excitação e estados eletrônicos mistos.
  • TOM: gera diagrama de níveis de energia (níveis σ, π, σ*, π*), permitindo prever espectros eletrônicos e magnetismo (ex.: O_2 paramagnético).
  • Tratamento de ressonância
  • TLV: usa híbridos de ressonância, como em benzeno, somando estruturas de Lewis.
  • TOM: descreve a delocalização natural pelo orbital π molecular estendido, sem recorrer a estruturas limite.

Passo 4

Aplicações e limitações
  • TLV é mais simples para raciocinar geometrias e hibridizações em moléculas orgânicas, mas falha em sistemas com forte delocalização eletrônica.
  • TOM é essencial para entender propriedades eletrônicas, espectroscopia UV-Vis, magnetismo e reatividade em moléculas conjugadas e metais de transição, porém envolve cálculos mais complexos.

Resposta

Semelhanças
  • Ambas derivam da mecânica quântica e usam LCAO.
  • Explicam qualitativamente ligação e geometria molecular.
Diferenças
  • TLV: orbitais locais e hibridização, boa intuição estrutural.
  • TOM: orbitais delocalizados (σ, π, σ*, π*), diagramas energéticos e predição de propriedades eletrônicas avançadas.

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