(1.5) A ligação quimica pode ser explicada por diferentes modelos. Dois deles são a Teoria da Ligação de Valência (TLV) e a Teoria do Orbital Molecular (TOM).
a) Em poucas palavras, o que cada teoria considera como sendo a origem da ligação entre dois átomos?
b) Qual teoria é mais adequada para explicar por que a molécula de
é atraida por um imā?
c) Cite uma vantagem da TOM em relação à TLV
a) Em poucas palavras, o que cada teoria considera como sendo a origem da ligação entre dois átomos?
b) Qual teoria é mais adequada para explicar por que a molécula de
c) Cite uma vantagem da TOM em relação à TLV
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado pede e quais dados temos:
- Pergunta (a): Em poucas palavras, o que cada teoria (TLV e TOM) considera como origem da ligação entre dois átomos?
- Pergunta (b): Qual teoria é mais adequada para explicar por que a molécula de
é atraída por um ímã? - Pergunta (c): Cite uma vantagem da TOM em relação à TLV.
Informações implícitas úteis: a molécula em questão ée o fenômeno é atração por um ímã (ou seja, comportamento magnético).
Passo 2
O que diz a Teoria da Ligação de Valência (TLV) — explicação didática e passo a passo:
- Ideia essencial: a ligação é explicada como o compartilhamento de um par de elétrons entre dois átomos. Esse par compartilhado ocupa a região entre os núcleos e “cola” os átomos.
- Conceitos-chave:
- Orbitais atômicos: regiões onde cada elétron tem maior probabilidade de estar (por ex., orbital
, ). - Sobreposição de orbitais: quando dois orbitais atômicos (um de cada átomo) se sobrepõem espacialmente, formam uma ligação se houver elétrons com spins opostos para formar um par.
- Hibridização: para explicar formas e ângulos (ex.: metano
), orbitais atômicos se combinam em novos orbitais híbridos (sp, sp^2, sp^3).
- Orbitais atômicos: regiões onde cada elétron tem maior probabilidade de estar (por ex., orbital
- Exemplo simples (H
): dois átomos de hidrogênio com um elétron cada têm seus orbitais se sobrepondo; os dois elétrons formam um par com spins opostos na região entre núcleos → ligação simples. - Característica prática da TLV: enfatiza ligações localizadas (cada ligação corresponde a um par de elétrons entre dois átomos). Isso ajuda a desenhar estruturas de Lewis e entender geometrias via hibridização.
- Limitação importante (já relevante para o exercício): TLV tende a pressupor pares de elétrons pareados nas ligações localizadas; explicar propriedades que dependem de elétrons despareados (como magnetismo) fica mais difícil ou exige artifícios (resonância com estruturas radicais, etc.).
Passo 3
O que diz a Teoria do Orbital Molecular (TOM / MO theory) — explicação didática e passo a passo:
- Ideia essencial: quando átomos se aproximam, seus orbitais atômicos se combinam linearmente para formar orbitais moleculares (MOs) que pertencem à molécula inteira. Esses MOs podem ser ligantes (bonding) ou antiligantes (antibonding).
- Conceitos-chave:
- Combinação linear de orbitais atômicos (LCAO): um MO é uma soma algébrica de orbitais atômicos; a combinação construtiva gera um orbital ligante (maior densidade entre núcleos), a destrutiva gera um antiligante (nó entre núcleos).
- Princípios de ocupação: os elétrons ocupam os MOs seguindo o princípio de Aufbau, o princípio de Pauli (no máximo 2 elétrons por MO, spins opostos) e a regra de Hund (preencher orbitais degenerados com spins paralelos antes de emparelhar).
- Bond order (ordem de ligação): mede a “força”/número de ligações aproximadamente por
onde é o número de elétrons em orbitais ligantes e é o número de elétrons em orbitais antiligantes.
- Exemplo rápido (H
): os dois elétrons vão para o orbital ligante , então , , ordem . - Força didática da TOM: os elétrons podem ficar deslocalizados sobre a molécula inteira, e a TOM prevê diretamente se há elétrons desemparelhados (importante para magnetismo), energias dos orbitais (importante para espectros), e comportamento em moléculas conjugadas.
Passo 4
Aplicando a TOM para explicar o caso de
(passo a passo e com números):
- Primeiro contador de elétrons: cada átomo de oxigênio tem
elétrons de valência ( ). Logo, a molécula tem elétrons de valência para preencher os MOs. - Preenchimento qualitativo dos MOs (forma usual ensinada): os elétrons ocupam MOs em ordem crescente de energia; para
o diagrama valente fornece, até onde precisamos: - orbitais ligantes ocupados:
(2 e⁻), (2 e⁻), (4 e⁻), - orbitais antiligantes ocupados:
(2 e⁻), (2 e⁻). - Total:
elétrons (confirma).
- orbitais ligantes ocupados:
- Identificação de elétrons desemparelhados: os
elétrons em ocupam duas orbitais degeneradas e com um elétron em cada — segundo a regra de Hund isso resulta em dois elétrons desemparelhados (spins paralelos). - Consequência magnética: elétrons desemparelhados causam momento magnético líquido não nulo; uma substância com elétrons desemparelhados é paramagnética — isto é, é atraída por um campo magnético (um ímã).
- Cálculo rápido da ordem de ligação usando a fórmula da TOM:
- Número de elétrons em orbitais ligantes:
. - Número de elétrons em orbitais antiligantes:
. - Ordem de ligação
. (Isto explica por que tem uma ligação efetiva dupla.)
- Número de elétrons em orbitais ligantes:
- Conclusão desta análise: a TOM prevê corretamente que
tem dois elétrons desemparelhados (nações ), o que explica sua atração por um ímã (paramagnetismo). A TLV, que vê ligações como pares localizados, não prevê naturalmente elétrons desemparelhados na ligação e portanto não explica de forma direta a paramagnetização observada.
Passo 5
Resposta direta e curta para a parte (a) (síntese do que cada teoria considera como origem da ligação):
- TLV: a ligação nasce do compartilhamento localizado de um par de elétrons entre dois átomos — formação de pares de elétrons em orbitais sobrepostos (com possível hibridização para explicar geometria).
- TOM: a ligação nasce da formação de orbitais moleculares por combinação dos orbitais atômicos; elétrons ocupam MOs ligantes (estabilizam) ou antiligantes (desestabilizam) e a ocupação desses MOs determina a estabilidade e propriedades da ligação.
Passo 6
Resposta direta e curta para a parte (b) e (c), com justificativa resumida:
- (b) A TOM é a mais adequada para explicar por que
é atraída por um ímã, porque prevê que possui dois elétrons desemparelhados em orbitais , tornando-a paramagnética. - (c) Uma vantagem da TOM sobre a TLV: a TOM consegue prever propriedades eletrônicas quantitativas, como presença de elétrons desemparelhados (magnetismo), ordem de ligação e energias dos orbitais, e descrever ligações deslocalizadas (ex.: sistemas conjugados) — coisas que a TLV trata com mais dificuldade ou com artifícios.
Resposta
(a) TLV: ligação = compartilhamento localizado de um par de elétrons entre átomos (pares de ligação, com hibridização para geometria). TOM: ligação = formação de orbitais moleculares por combinação dos orbitais atômicos; ocupação de MOs ligantes/antiligantes determina a ligação.
(b) TOM. A TOM prevê dois elétrons desemparelhados em orbitais em
, o que explica sua paramagnetização (atração por ímã).
(c) Vantagem: a TOM explica propriedades eletrônicas (como magnetismo e ordens de ligação) e descreve a delocalização eletrônica de forma direta, algo que a TLV não faz tão naturalmente.
(b) TOM. A TOM prevê dois elétrons desemparelhados em orbitais
(c) Vantagem: a TOM explica propriedades eletrônicas (como magnetismo e ordens de ligação) e descreve a delocalização eletrônica de forma direta, algo que a TLV não faz tão naturalmente.