Questão 10. Diferencie ligações sigma ( \sigma ) e pi ( \pi ) em termos de:
presença em ligações simples, duplas e triplas.

Passo 1

O que o enunciado pede: diferenciar as ligações \sigma e \pi em termos da sua presença em ligações simples, duplas e triplas.
Informações que temos/que vamos usar (tudo que o enunciado requer):
  • Precisamos dizer quais desses tipos de ligação aparecem em uma ligação simples, em uma dupla e em uma tripla.
  • Devemos explicar (didaticamente) por que cada tipo aparece ou não.

Passo 2

O que é uma ligação \sigma e como ela se forma (explicação passo a passo, sem pular):
  • Uma ligação \sigma resulta do “encaixe frontal” (head-on) entre orbitais atômicos. Em linguagem simples: dois lóbulos de orbitais apontam um para o outro e se sobrepõem diretamente.
  • Exemplos de sobreposição que formam \sigma: s\!-\!s, s\!-\!p, p\!-\!p (quando o overlap é frontal), ou entre orbitais híbridos como sp^3\!-\!sp^3, sp^2\!-\!sp^2, sp\!-\!sp.
  • Característica física da \sigma: densidade eletrônica concentrada ao longo da linha que une os núcleos; essa sobreposição frontal torna a ligação relativamente forte.
  • Consequência prática: a presença de uma \sigma permite rotação livre (ou quase livre) ao redor do eixo da ligação se não houver outras restrições, porque a rotação não desfaz a sobreposição frontal tão facilmente.

Passo 3

O que é uma ligação \pi e como ela se forma (explicação passo a passo):
  • Uma ligação \pi resulta da sobreposição lateral (side-by-side) de orbitais p não-hibridizados. Ou seja, dois lóbulos paralelos se aproximam e formam uma nuvem de densidade acima e abaixo (ou à frente e atrás) do plano que contém os núcleos.
  • Para formar uma \pi é necessário que existam orbitais p perpendiculares ao eixo da ligação e não envolvidos em \sigma. Portanto \pi só aparece quando há “pares extras” de elétrons formando ligações além da primeira.
  • Característica física da \pi: densidade eletrônica localizada fora da linha que une os núcleos; cada \pi é, em geral, menos forte que uma \sigma individualmente.
  • Consequência prática: a existência de \pi impede rotação livre em torno do eixo da ligação porque a rotação quebra a sobreposição lateral.

Passo 4

Como contar \sigma e \pi entre dois átomos (regra prática que você pode usar na prova):
  • Regra simples: para qualquer ligação entre dois átomos, sempre existe exatamente uma ligação \sigma (é a primeira ligação formada entre esses átomos).
  • Se houver ligações adicionais (ou seja, ligação dupla ou tripla), cada ligação extra corresponde a uma ligação \pi formada por sobreposição lateral de orbitais p.
  • Assim, a numeração de \pi é “o número de ligações totais menos 1”, enquanto sempre há uma única \sigma.

Passo 5

Exemplos concretos (para fixar na cabeça — leia devagar e mentalize a estrutura):
  • Etano, ligação C–C simples: cada carbono é sp^3. A ligação entre carbonos é sp^3\!-\!sp^3 frontal → forma-se uma \sigma apenas. Não há orbitais p paralelos disponíveis para fazer \pi.
  • Eteno (etileno), ligação C=C dupla: cada carbono é sp^2. O primeiro par de orbitais sp^2 faz a sobreposição frontal sp^2\!-\!sp^2 → uma \sigma. Sobram um orbital p por carbono, ambos perpendiculares ao plano da molécula; esses dois p se sobrepõem lateralmente → formam uma \pi. Resultado: uma ligação \sigma (a “primária”) + uma \pi (a “segunda”).
  • Etino (acetileno), ligação C≡C tripla: cada carbono é sp. O par de orbitais sp faz sp\!-\!sp frontal → uma \sigma. Existem dois orbitais p não hibridizados em cada carbono, perpendiculares entre si; cada par correspondente de p realiza sobreposição lateral → formam duas \pi ortogonais entre si. Resultado: uma \sigma + duas \pi.

Passo 6

Consequências importantes para a prova (como usar isso em questões rápidas):
  • Rotação: ligação com apenas \sigma (simples) permite rotação; presença de qualquer \pi (dupla ou tripla) restringe a rotação. Use isso para responder perguntas sobre isomeria cis/trans.
  • Força e comprimento: adicionar \pi aumenta a ordem da ligação (mais pares ligantes entre os mesmos átomos), o que geralmente diminui o comprimento da ligação e aumenta a energia de ligação total. Mas cada \pi isolada é menos forte que a \sigma correspondente. Assim, tripla > dupla > simples em força total e tripla < dupla < simples em comprimento.
  • Identificação rápida: ao ver uma linha (–) é uma ligação simples → pense em \sigma; ao ver = → há algo além da \sigma (há uma \pi); ao ver \equiv → múltiplas \pi além da \sigma.

Resposta

Ligação simples: uma \sigma
Ligação dupla: uma \sigma + uma \pi
Ligação tripla: uma \sigma + duas \pi

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