Questão 12. A Teoria do Orbital Molecular (TOM) oferece uma descrição mais precisa das ligações covalentes do que a Teoria de Ligação de Valência (TLV). Qual das seguintes moléculas diamagnéticas, comumente utilizadas em quimica, não pode ser corretamente descrita apenas pela Teoria de Ligação de Valência?
a)
b)
c)
d) CO
a)
b)
c)
d) CO
Passo 1
O enunciado pede: entre as opções abaixo, qual molécula não pode ser corretamente descrita apenas pela Teoria de Ligação de Valência (TLV)?
a)
b)
c)
d)
a)
b)
c)
d)
Informações relevantes dadas pelo enunciado:
- Temos quatro moléculas listadas como alternativas.
- O objetivo é identificar qual delas requer, para uma descrição correta (especialmente quanto às suas propriedades eletrônicas/magnéticas), algo além da TLV — tipicamente a Teoria do Orbital Molecular (TOM).
- Não há outros dados numéricos ou figuras no enunciado; devemos usar propriedades eletrônicas básicas de cada molécula para decidir.
Passo 2
Rápida aula sobre a Teoria de Ligação de Valência (TLV) — o que ela assume e suas limitações (passo didático):
- A TLV (modelo de Lewis / ligações covalentes clássicas) representa ligações como pares de elétrons localizados entre dois átomos e pares de elétrons não ligantes (lone pairs) em átomos. Cada ligação simples = 1 par compartilhado; dupla = 2 pares; tripla = 3 pares.
- A TLV explica muito bem geometria, contagem de elétrons de valência, estruturas de Lewis e muitas propriedades de moléculas simples como
, , e em nível qualitativo. - Limitações importantes da TLV: não trata bem da deslocalização de elétrons em orbitais moleculares, de orbitais moleculares degenerados, nem consegue prever corretamente propriedades magnéticas (paramagnetismo causado por elétrons desemparelhados) em alguns diatômicos. Para esses casos a TOM (MO theory) é necessária porque ela constrói orbitais moleculares e conta explícita e corretamente elétrons em orbitais ligantes e antiligantes.
Passo 3
Rápida aula sobre a Teoria do Orbital Molecular (TOM) e como ela decide magnetismo:
- Na TOM, orbitais atômicos se combinam formando orbitais moleculares ligantes (mais estáveis) e antiligantes (menos estáveis). Os elétrons ocupam esses MOs seguindo o princípio de Aufbau e Hund.
- O magnetismo (diamagnetismo vs paramagnetismo) depende de haver ou não elétrons desemparelhados nos MOs: todos emparelhados → diamagnético; elétrons desemparelhados → paramagnético.
- Para diatômicos homonucleares do segundo período (B, C, N, O, F), a ordem energética dos MOs muda: para
, , a ordem é
enquanto para
,
e à frente a
cai abaixo das
. Esse detalhe é crucial para a distribuição eletrônica e para prever se há elétrons desemparelhados.
Passo 4
Aplicando a TOM para cada alternativa (contagem e preenchimento de elétrons, com explicação passo a passo):
Análise de cada molécula começando por
porque é o caso crítico.
-
: - Cada átomo de boro tem
elétrons de valência, logo elétrons de valência totais: . - Usamos a ordem das MOs válida para
(ver passo anterior). Preenchemos os MOs com 6 elétrons:
- As duas cargas restantes (após ocupar
e ) vão para as orbitais , que são degeneradas (duas equivalentes). Pelo princípio de Hund, os elétrons ocupam orbitais degeneradas com spins paralelos antes de se emparelhar. Assim, temos uma ocupação com um elétron em cada uma das duas orbitais : dois elétrons desemparelhados no total. - Consequência:
é paramagnético (tem elétrons desemparelhados). - Por que a TLV falha aqui? A TLV típica (estrutura de Lewis simples) não fornece uma explicação clara para a existência de elétrons desemparelhados em
nem para a sua magnetização; a TOM é necessária para prever corretamente esse comportamento magnético e a ordem eletrônica que leva a elétrons desemparelhados.
- Cada átomo de boro tem
Passo 5
Continuando com as outras alternativas para confirmar que nelas a TLV é suficiente (ou ao menos não falha dramaticamente no ponto pedido):
-
: - Cada N tem
elétrons de valência → total . - Preenchimento MO (mesma ordem usada até
):
- Todos os elétrons estão emparelhados →
é diamagnético. - TLV (estrutura de Lewis com uma tripla ligação
) descreve bem a ligação, a força da ligação (ordem 3) e o fato de não haver elétrons desemparelhados. Portanto TLV descreve corretamente .
- Cada N tem
-
: - Molécula poliatômica, não um diatômico homonuclear; contagem de elétrons de valência: O tem
, cada H tem → total . - Estrutura de Lewis: oxigênio com duas ligações simples a H e duas pares não ligantes (lone pairs). Todos os elétrons emparelhados → diamagnética.
- TLV/Lewis descreve facilmente geometria (ângulo ≈
), pares não ligantes e diamagnetismo. Portanto TLV é adequada para um nível básico.
- Molécula poliatômica, não um diatômico homonuclear; contagem de elétrons de valência: O tem
-
: - Carbono tem
elétrons de valência, oxigênio → total . - A TOM e TLV conduzem ambas a um forte vínculo entre C e O, com ordem de ligação aproximada de 3. Na TLV podemos desenhar uma estrutura de Lewis com uma ligação tripla e pares não ligantes, possivelmente com cargas formais (um formalismo comum:
com distribuição de cargas). A TLV fornece uma descrição razoável da ligação e do fato de ser diamagnético. - Embora exista nuance sobre distribuição de cargas e contribuição de estruturas ressonantes (o que a TOM explica melhor em detalhes), a TLV não falha dramaticamente em descrever as propriedades principais de
para o nível da questão.
- Carbono tem
Passo 6
Comparação e conclusão lógica:
- Dos quatro casos,
, e podem ser descritos corretamente (no sentido solicitado: especialmente no que tange ao emparelhamento de elétrons e propriedades básicas) pela TLV / estruturas de Lewis. -
apresenta elétrons desemparelhados segundo a TOM e é paramagnética; a TLV simples não prevê essa característica corretamente. Portanto é o caso que “não pode ser corretamente descrito apenas pela TLV” — precisa da TOM para explicar sua magnetização e distribuição eletrônica.
Passo 7
Resumo final curto e incentivo (didático):
- A dica prática para a prova: quando você encontrar diatômicos do segundo período com poucas camadas de valência (como
, , , etc.), pense em construir rapidamente o diagrama MO para checar se há elétrons desemparelhados. Se houver, a TLV/Lewis simples provavelmente vai falhar em explicar o magnetismo — aí marque MO como necessário. Você está indo bem, continua firme!
Resposta
(b)