Questão 10. Diferencie ligações sigma (
) e pi (
) em termos de:
força relativa;
força relativa;
Passo 1
O enunciado pede que eu diferencie as ligações
e
em termos de força relativa.
Informações / exigências do problema:
Informações / exigências do problema:
- Comparar qualitativamente (e com exemplos numéricos aproximados quando útil) qual é mais forte:
ou . - Explicar por que uma é mais forte que a outra e as consequências práticas (p. ex. em ligações múltiplas, rotação etc.).
Não há outros dados numéricos fornecidos no enunciado.
Passo 2
O que é uma ligação
(definição e características básicas).
- Definição simples: uma ligação
é formada por sobreposição frontal (end-on) de orbitais ao longo do eixo que une os dois núcleos. - Tipos de sobreposição que geram
: , , end-on, ou entre orbitais híbridos (por exemplo , etc.). - Simetria e densidade eletrônica: a ligação
tem simetria cilíndrica em torno do eixo internuclear e concentra densidade eletrônica diretamente entre os núcleos. - Implicação prática: por concentrar densidade entre os núcleos a
dá grande estabilização (energia de ligação significativa) e permite rotação livre em torno do eixo (na ausência de outras ligações que impeçam).
Passo 3
O que é uma ligação
(definição e características básicas).
- Definição simples: uma ligação
é formada por sobreposição lateral (side-on) de orbitais paralelos, com lóbulos acima e abaixo (ou à frente e atrás) do eixo internuclear. - Simetria e nodos: a função
tem um plano nodal que contém o eixo internuclear (ou seja, há um nó de densidade eletrônica ao longo do eixo). A densidade fica localizada fora do eixo (acima/abaixo). - Tipos de sobreposição: tipicamente
lateral; não envolve diretamente. - Implicação prática: a sobreposição lateral é menos eficaz (menor área efetiva de sobreposição) do que a sobreposição frontal, então a
produz menos estabilização por sobreposição.
Passo 4
Por que, fisicamente,
costuma ser mais forte que
.
- Conceito de sobreposição: a força (energia) de uma ligação covalente depende de quanto os orbitais dos dois átomos se sobrepõem — quanto maior a sobreposição, maior o ganho de energia (estabilização) quando os elétrons ocupam a região entre os núcleos. Podemos pensar qualitativamente que a energia de ligação cresce com o valor do integrador de sobreposição
. - Comparação direta: a sobreposição frontal (que forma
) gera um maior que a sobreposição lateral (que forma ). Logo, produz maior densidade eletrônica entre núcleos e maior estabilização → ligação mais forte. - Consequência: cada ligação
adicional numa ligação dupla/tripla contribui com menos energia do que a ligação principal.
Passo 5
Exemplos numéricos e interpretação (valores típicos, só para intuição).
- Regras úteis:
- Uma ligação simples é sempre uma
. - Uma ligação dupla consiste de uma
+ uma . - Uma ligação tripla consiste de uma
+ duas .
- Uma ligação simples é sempre uma
- Valores aproximados (apenas para dar ideia da ordem de grandeza): por exemplo, para carbono-carbono:
-
(ligação simples → essencialmente a ). -
(ligação dupla → + ; a diferença total ≈ dá uma ideia do acréscimo devido à , mas não significa que cada tenha exatamente esse valor isolado).
-
- Interpretação: a
costuma ser responsável pela maior parte da energia da ligação; a(s) acrescenta(m) energia, mas menos por ligação do que a .
Passo 6
Consequências estruturais e reatividade (por que isso importa na prova).
- Rotação: como a
tem densidade no eixo, a rotação em torno da é, em geral, livre (a não ser que haja impedimento estérico). Já a presença de (densidade acima/abaixo do eixo) impede rotação sem quebrar a — por isso lig. duplas geram isomeria cis/trans. - Comprimento de ligação: lig. mais fortes tendem a ser mais curtas. Assim, adicionar
(dupla/tripla) encurta a ligação comparada à simples. Ex.: simples ≈ , ≈ , ≈ . - Reatividade: elétrons em ligações
estão “do lado de fora” e, em muitas reações (adições a alcenos, por exemplo), são mais acessíveis a reagentes eletrofílicos do que os elétrons da .
Passo 7
Como identificar rápido numa prova (receita prática, mastigada).
- Regra 1: todo traço simples entre dois átomos = uma
. - Regra 2: se for dupla = uma
+ uma ; se for tripla = uma + duas . - Regra 3: para saber qual orbital formou a
: é a sobreposição “front-on” dos orbitais de valência (ex.: entre dois átomos com hibridização os orbitais fazem a ; os orbitais não hibridizados, perpendiculares, fazem a ). - Regra 4 (pra decorar):
= mais forte, = mais fraca; permite rotação, restringe.
Passo 8
Observações finais e exceções rápidas (para não ser surpreendido).
- Em átomos com orbitais maiores (por ex.
vs ), a sobreposição é ainda menos eficiente e portanto as ficam relativamente mais fracas — a diferença de força vs pode variar com tipos de átomos. - Em certos sistemas (metálicos, ligas de coordenação) há tipos de ligações
de caráter distinto (retroalimentação -d), mas a regra geral de que é mais forte que permanece como orientação básica para química orgânica e inorgânica simples.
Resposta
Motivo:
Consequência: em ligações múltiplas a componente