Segundo a Teoria da Ligação de Valência (TLV), como podem ser classificadas as ligações presentes em
segundo a combinação linear de orbitais atômicos (LCAO)?;
Passo 1
O que o enunciado pede: você quer que eu classifique as ligações presentes em
segundo a combinação linear de orbitais atômicos (LCAO) dentro da Teoria da Ligação de Valência (TLV).
Informações relevantes dadas ou necessárias (explicitadas para não deixar nada subentendido):
Informações relevantes dadas ou necessárias (explicitadas para não deixar nada subentendido):
- Cada átomo de carbono tem configuração eletrônica de valência
. - Os orbitais de valência que podem participar de ligação são os
e os três (vamos chamar de ). - A molécula é diatômica homonuclear
, logo o eixo internuclear é um dos eixos; vou escolher como eixo internuclear (convencionalmente).
Não vou resolver nada aqui; só estou deixando claro o pedido e os dados que usarei.
Passo 2
O que é LCAO e como usamos isso para classificar ligações (mini-aula):
- LCAO significa “combinação linear de orbitais atômicos”: representamos orbitais moleculares ou funções de ligação como somas (combinações lineares) de orbitais atômicos. Matemática simples: um orbital molecular
pode ser escrito como , onde são orbitais atômicos e coeficientes. - Tipos de solapamento básicos:
- Ligação
: solapamento frontal ao longo do eixo internuclear (ex.: , , quando está alinhado ao eixo). A densidade eletrônica fica concentrada entre os núcleos. - Ligação
: solapamento lateral (side-by-side) de orbitais perpendiculares ao eixo internuclear (ex.: , se o eixo for ). A densidade eletrônica está acima e abaixo (ou à frente/atrás) do eixo.
- Ligação
- Na TLV (valence bond) a ideia é pensar em como orbitais de cada átomo se combinam localmente para formar ligações localizadas
ou . Mas podemos usar resultados do LCAO para saber quais combinações estão ocupadas eletronicamente.
Passo 3
Estados eletrônicos dos carbonos isolados e necessidade (ou não) de promoção/hibridização:
- Cada carbono isolado tem dois elétrons na subcasca
: normalmente ocupam dois orbitais com spins paralelos (regra de Hund), deixando dois elétrons não emparelhados se não houver promoção. Isso já fornece elétrons disponíveis para formar ligações por solapamento lateral entre . - Para formar uma ligação
forte tipo a de acetileno (tripla) normalmente se promove e hibridiza para . Em neutro, a configuração eletrônica da molécula (vinda de uma análise MO/LCAO) leva a um resultado peculiar que explica o tipo de ligação que aparece. Vou usar isso como suporte (é compatível com a visão TLV sobre quais orbitais participam).
Passo 4
Resultados importantes de ocupação (usados para justificar quais ligações existem):
- A análise MO-LCAO para
mostra a configuração ocupada (ordem usual das orbitais para átomos leves):
- Interpretação física dessa configuração: os orbitais
(duas orbitais degeneradas, vindas do overlap lateral de de cada átomo) estão preenchidos com 4 elétrons — isso corresponde a duas ligações formadas. Já a orbital (resultante do overlap frontal dos ao longo do eixo) aparece vazia nesta configuração, ou seja, não há contribuição de uma ligação forte proveniente dos de valência.
Passo 5
Traduzindo isso para a linguagem TLV / LCAO local (como descrever as ligações):
- Cada átomo de carbono fornece dois orbitais
que, por solapamento lateral com os respectivos do outro carbono, formam duas ligações : uma envolvendo de cada átomo (formando ) e outra envolvendo de cada átomo (formando ). Esses solapamentos são laterais e resultam em duas ligações localizadas (no quadro da TLV podemos pensar em dois pares de elétrons ligantes ). - O orbital
(o que estaria alinhado ao eixo internuclear) não contribui com uma ligação de valência efetiva, porque a combinação frontal correspondente ( ) fica não ocupada na distribuição eletrônica acima; isso implica ausência de uma ligação de valência formada por - . - Os
dos átomos formam combinações e que, na soma de ocupações, se anulam (dois elétrons em cada uma, resultando em zero de contribuição líquida de ligação entre os ). Na prática, não há uma estável de valência originada dos que aumente a ordem de ligação líquida.
Passo 6
Resumo didático do tipo de solapamentos (como analisar rápido numa prova):
- Olhe os orbitais ocupados: se há ocupação nas
→ existem ligações . - Se
estiver vazia → não há de - . - Se
e estiverem igualmente ocupadas → cancelam-se (sem contribuição líquida).
Aplicando isso em: ocupação das ⇒ duas ligações ; vazio ⇒ nenhum de ; não contribui líquida ⇒ nenhuma adicional.
Passo 7
Observações finais e nota sobre ordem de ligação e interpretações alternativas (para não te bagunçar):
- Ordem de ligação (MO) é
. Pelos orbitais listados dá ordem — concorda com ter duas ligações efetivas. - Na linguagem TLV isso aparece como dois pares ligantes
entre os carbonos. Há discussões na literatura sobre descrições alternativas (algumas interpretações de VB com ressonâncias dão caráter misto ou contribuições singlet-diradical), mas para a classificação pedida a versão mais direta e útil para prova é: duas ligações e sem de valência entre os .
Resposta
Duas ligações
(formadas pelo solapamento lateral dos orbitais
: uma
a partir de
e outra a partir de
); não há ligação
de valência proveniente dos
(a contribuição
/
dos
se anula), resultando em ordem de ligação igual a
.