Questão 06. As espécies
e
contêm ligações carbono-oxigênio.
a) Coloque as quatro espécies em ordem crescente de energia de ligação carbono-oxigênio. Justifique.
b) Qual espécie deve apresentar o menor comprimento para a ligação carbono-oxigênio? Justifique.
a) Coloque as quatro espécies em ordem crescente de energia de ligação carbono-oxigênio. Justifique.
b) Qual espécie deve apresentar o menor comprimento para a ligação carbono-oxigênio? Justifique.
Passo 1
O enunciado dá quatro espécies que contêm ligações carbono–oxigênio:
,
,
e
. Pergunta-se:
(a) Colocar as quatro espécies em ordem crescente de energia de ligação carbono–oxigênio e justificar.
(b) Dizer qual espécie apresenta o menor comprimento para a ligação carbono–oxigênio e justificar.
(a) Colocar as quatro espécies em ordem crescente de energia de ligação carbono–oxigênio e justificar.
(b) Dizer qual espécie apresenta o menor comprimento para a ligação carbono–oxigênio e justificar.
Informações relevantes que temos no enunciado:
- As quatro espécies mencionadas e que todas possuem ligações C–O.
- Não foram dadas energias ou comprimentos numéricos; portanto devemos usar propriedades estruturais (ordem de ligação, ressonância, ligações simples/duplas/triplas, cargas formais) para comparar energia e comprimento das ligações C–O.
Passo 2
Conceitos que vamos usar (explicação didática e passo a passo):
- O que é ordem de ligação: a ordem de ligação é, de forma simples, o “número de ligações químicas” efetivas entre dois átomos. Uma ligação simples tem ordem
, uma dupla ordem , uma tripla ordem . Para casos com ressonância, a ordem pode ser fracionária (média entre estruturas de ressonância). - Relação ordem de ligação × energia × comprimento: em geral, quanto maior a ordem de ligação, maior a energia (a ligação é mais forte) e menor o comprimento (os átomos ficam mais próximos). Essa é uma regra empírica muito usada em química. Vou usar essa regra para comparar as espécies, porque o enunciado não dá dados experimentais.
- Como calcular ordem de ligação por ressonância / Lewis: quando existem estruturas de ressonância, a ordem de ligação entre os dois átomos é a média do número de ligações presentes nessas estruturas equivalentes. Exemplo rápido: no
cada ligação O–O tem ordem porque existem uma ligação dupla e uma simples distribuídas em duas ligações equivalentes. - Outra maneira (para moléculas diatômicas ou MO) é
, onde são elétrons ligantes e são elétrons antiligantes; aqui usaremos principalmente o método de Lewis/ressonância porque é o mais direto para estas espécies.
Passo 3
Analisando cada espécie: desenhar mentalmente (ou por Lewis) a estrutura e obter a ordem de ligação C–O.
-
(metanol).
- O carbono está ligado a três hidrogênios e a um oxigênio por ligação simples. O oxigênio está ligado ao hidrogênio (OH) e ao carbono. Não há ressonância que envolva a ligação C–O.
- Portanto a ligação C–O é uma ligação simples com ordem de ligação
.
-
(dióxido de carbono).
- Estrutura de Lewis típica: O=C=O, duas ligações duplas equivalentes (cada C–O é uma dupla). Não há ressonância que mude a ordem média entre as duas O; ambas são iguais e de ordem
. - Então
.
-
(monóxido de carbono).
- Estrutura de Lewis mais representativa: existe, efetivamente, uma ligação tripla entre C e O (uma maneira de desenhar é com três traços entre C e O, mais pares isolados). A descrição de cargas formais mostra que o carbono tem carga parcial negativa e o oxigênio parcial positiva em uma das estruturas, mas isso não muda o fato de que há três pares de elétrons compartilhados (ligação tripla).
- Portanto
. (Observação: a descrição de MO confirma ordem de ligação próxima a ; por isso tem ligação muito forte e curta.)
-
(íon carbonato).
- Estruturas de ressonância: há três estruturas equivalentes onde em cada estrutura um dos C–O é dupla e os outros dois são simples com cargas negativas distribuídas. Assim, a ordem média de ligação entre C e cada O é a média de uma dupla e duas simples dividida por três.
- Calcular explicitamente:
- Então cada ligação C–O no carbonato tem ordem
.
Passo 4
Converter ordens de ligação em comparação de energias (regra: maior ordem → maior energia de ligação). Colocando as ordens que encontramos:
Assim, em ordem crescente de energia de ligação C–O (menor energia primeiro) fica:
Justificativa: a energia de ligação aumenta com a ordem de ligação; o metanol tem apenas ligação simples (mais fraca), o carbonato tem ligações intermediárias por ressonância (
), o
tem dupla (mais forte) e o
tem ordem tripla (a mais forte).
Passo 5
Converter ordens de ligação em comparação de comprimentos (regra: maior ordem → menor comprimento). Portanto o menor comprimento de ligação C–O ocorre na espécie com maior ordem de ligação, que é
com ordem aproximadamente
. Justificativa: ligações múltiplas aproximam os núcleos dos átomos e aumentam a densidade eletrônica entre eles, puxando-os mais perto e reduzindo o comprimento. Logo a sequência inversa de comprimentos (do menor para o maior) acompanha a ordem de ligação:
(menor) <
<
<
(maior).
Passo 6
Comentários finais rápidos para fixar (máquina de memorização amiga): pense assim na prova — primeiro descubra a ordem de ligação por Lewis/ressonância; depois lembre: maior ordem → ligação mais forte e mais curta. Exemplos curtos para lembrar:
(BO
) é muito curta e forte;
(BO
) é intermediária; ligações simples são as mais longas e fracas.
Resposta
(a)
\n
(b)
(b)