Por que o oxigênio forma moléculas O2 enquanto o enxofre forma moléculas S5?

Passo 1

Beleza, a questão pergunta “por que o oxigênio forma moléculas enquanto o enxofre forma moléculas ?” (no enunciado apareceu , mas o allotropo que a galera conhece mesmo é o anel de oito átomos ).
Assunto: ligações químicas entre não-metais — em especial sobre orbitais atômicos, sobreposição e estabilidade de π-ligações versus σ-ligações, e também sobre tensão de anel.
Vamos precisar revisar:
• como orbitais do oxigênio formam ligações π fortes;
• por que orbitais do enxofre não sustentam bem π-ligações;
• como isso leva ao enxofre fazer cadeias/anel de ligações simples (σ) e por que o tamanho 8 é o mais estável.

Passo 2

Entendendo o oxigênio ( ):
  1. Cada átomo de O tem configuração . Faltam 2 elétrons para preencher o octeto.
  2. Os formam duas ligações: uma σ (sobreposição frontal) e uma π (sobreposição lateral) resultando em uma ligação dupla .
  3. Essa dupla ligação é bem forte porque as orbitais são pequenas e bem encaixadas — overlap top!
  4. Com isso, o par de átomos já “satisfaz” o octeto de cada átomo e não há motivo para grudar mais átomos: fica estável como .

Passo 3

Tentando o enxofre diatômico ( ):
  1. Cada S é . Quer também completar octeto.
  2. Mas os orbitais são maiores e mais difusos, então a sobreposição lateral (que faz π-ligação) fica fraca.
  3. Ligação dupla daria uma ligação π fraquinha, então seria muito instável.
  4. Em vez disso, o enxofre prefere fazer só ligações σ , que dependem só de sobreposição frontal.

Passo 4

Por que ocorre o anel de ?
  1. Cada átomo de S “quer” duas ligações simples (σ) pra fechar o octeto.
  2. Se você fizer cadeia ou anel muito pequeno, rola muita tensão de ângulo (os ângulos ficam longe de ~109° do tetraedro ideal).
  3. O anel de oito átomos atinge ângulos próximos a 108–109°, minimizando tensão e ficando energeticamente mais estável.
  4. Por isso, ao cristalizar ou solidificar, o enxofre vai se organizar em ciclos de oito átomos: .

Resposta

O oxigênio usa ligações π fortes entre orbitais e fica feliz como par diatômico . Já o enxofre, com orbitais mais “espalhados”, não sustenta bem π-ligações e termina formando apenas ligações σ em um ciclo de oito átomos, , que minimiza tensão de anel e é o allotropo mais estável.

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