Para interpretar as propriedades das diversas substâncias é necessário conhecer as ligações entre os átomos e as ligações entre as respectivas moléculas. Em relação à ligação entre átomos pode afirmar-se que:
a) entre átomos ligados predominam as forças de atração.
b) quando se forma uma ligação entre átomos o sistema formado atinge o máximo de energia.
c) as atrações e repulsões numa molécula não são só de natureza eletrostática.
d) entre átomos ligados há equilíbrio entre as atrações e as repulsões eletrostáticas.
Passo 1
O enunciado pede que se escolha a afirmativa correta sobre a ligação entre átomos. As alternativas são:
a) entre átomos ligados predominam as forças de atração.
b) quando se forma uma ligação entre átomos o sistema formado atinge o máximo de energia.
c) as atrações e repulsões numa molécula não são só de natureza eletrostática.
d) entre átomos ligados há equilíbrio entre as atrações e as repulsões eletrostáticas.
O objetivo é indicar qual dessas afirmações é correta, usando as informações físicas que descrevem como átomos interagem quando se aproximam e formam uma ligação.
Passo 2
Quais forças existem quando dois átomos se aproximam? Vou listar as contribuições principais, explicando de forma bem simples:
Atração entre elétrons e núcleos: elétrons de um átomo são atraídos pelos núcleos do outro átomo. Essa é uma força atraente.
Repulsão entre núcleos: os núcleos são cargas positivas e se repelem quando ficam muito próximos. Essa é uma força repulsiva.
Repulsão entre elétrons: elétrons dos dois átomos também se repelem entre si.
Efeitos quânticos: quando as nuvens eletrônicas se sobrepõem aparecem efeitos de troca e regras da exclusão de Pauli que alteram a energia total (isso é importante para explicar por que há uma distância de equilíbrio).
Resumo em palavras: há forças atraentes e repulsivas atuando simultaneamente; o equilíbrio entre elas determina se existe uma ligação estável e qual é a distância de ligação.
Passo 3
Vamos escrever as ideias com fórmulas simples para ficar claro o que cada termo significa.
A lei de Coulomb, que descreve a força entre duas cargas pontuais, é
onde F é a força (positiva se repulsiva), q_1 e q_2 são as cargas, r é a distância entre elas e \varepsilon_0 é a constante do meio (no vácuo). Para a energia potencial entre duas cargas usamos
V=\frac{1}{4\pi\varepsilon_0}\,\frac{q_1 q_2}{r},
com sinal que indica se é atração (V<0) ou repulsão (V>0).
Explicando as variáveis: q_1,q_2 medem a intensidade das cargas (por exemplo, carga do núcleo ou de um elétron), r é a separação e \varepsilon_0 é uma constante que aparece sempre que se trata de interações elétricas no vácuo.
Na prática, a energia total U(r) do par de átomos é a soma de vários termos (atração elétron‑núcleo, repulsão núcleo‑núcleo, repulsão elétron‑elétron, e correções quânticas). Essa energia depende da distância r entre os núcleos.
Passo 4
Como se define equilíbrio (ligação estável) em termos de energia e força?
Força e energia estão ligadas por
F(r) = -\frac{dU}{dr},
ou seja, a força é o negativo da derivada da energia potencial em relação à distância.
Um ponto de equilíbrio estável corresponde a um mínimo da energia potencial, onde
No mínimo de energia a força resultante é nula (F=0): as forças atrativas e repulsivas se equilibram. Fisicamente, isso significa que se os núcleos se aproximarem um pouco a repulsão cresce e puxa o sistema de volta; se se afastarem a atração cresce e puxa de volta — comportamento típico de uma ligação estável.
Além disso, a energia do par ligado em r_{\rm eq} é menor do que a energia dos átomos separados, por isso a formação da ligação libera energia (o sistema ligado é mais estável).
Passo 5
Agora analiso cada alternativa, à luz das explicações acima:
a) “entre átomos ligados predominam as forças de atração.”
Incorreto. No ponto de ligação estável não “predominam” as atrações: há um equilíbrio entre atrações e repulsões (soma vetorial/escalares dá força resultante zero). Dizer que predominam atrações é impreciso e leva a pensar que a repulsão é desprezível, o que não é verdade — repulsões são cruciais para determinar a distância de equilíbrio.
b) “quando se forma uma ligação entre átomos o sistema formado atinge o máximo de energia.”
Incorreto. A ligação corresponde a um mínimo de energia potencial (estado mais estável), não a um máximo. Formar uma ligação geralmente libera energia; portanto a energia do sistema ligado é menor que a dos átomos separados.
c) “as atrações e repulsões numa molécula não são só de natureza eletrostática.”
Afirmação ambígua. A maior parte das atrações/repulsões que descrevemos tem origem eletrostática (cargas positivas/negativas interagindo). Porém, a explicação completa da ligação envolve efeitos quânticos (troca, princípio de exclusão) que não se reduzem a uma descrição puramente clássica de Coulomb; esses efeitos alteram a energia e a estabilidade. Então, se interpretada rigidamente, a frase pode parecer correta (há efeitos não-clássicos importantes), mas em enunciados clássicos de química/física a afirmação é geralmente considerada enganosa porque as interações fundamentais são eletrostáticas e os efeitos quânticos surgem da natureza dos elétrons — ou seja, não é uma negação simples da eletrostática. Por isso esta alternativa não é a melhor escolha para um enunciado objetivo que procura a razão física direta do equilíbrio.
d) “entre átomos ligados há equilíbrio entre as atrações e as repulsões eletrostáticas.”
Correto. No ponto de ligação estável existe equilíbrio (força resultante zero) entre as contribuições atrativas e repulsivas (basicamente eletrostáticas) que determina a distância de ligação e o mínimo de energia. Essa frase resume precisamente o que define uma ligação estável em termos clássicos e em termos do diagrama energia versus distância.
Passo 6
Pequeno exemplo para fixar: no caso da molécula de hidrogênio \text{H}_2, quando os átomos estão muito afastados não existe ligação; ao se aproximarem a atração elétron–núcleo domina e a energia diminui até um mínimo (distância de ligação r_{\rm eq}). Se aproximarem demais, a repulsão núcleo–núcleo e a exclusão de Pauli fazem a energia subir rapidamente. O mínimo corresponde à ligação — exatamente o equilíbrio entre atração e repulsão.
Força e energia, equilíbrio, mínimo de energia: esses são os conceitos-chave para entender por que a alternativa (d) é a correta.