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
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.:
, ), 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.:
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.