Qual é o significado do termo superposição de orbitais? Quais os conceitos incorporados na teoria da ligação de valência?
Passo 1
O enunciado pede para explicarmos dois pontos da teoria quântica de ligação química: (
) o que se entende por “superposição de orbitais” e (
) quais são os conceitos-chave incorporados na teoria da ligação de valência. Para isso vamos usar o princípio de superposição da mecânica quântica e os pilares conceituais do modelo de ligação de valência em química.
Passo 2
O termo superposição de orbitais decorre do princípio de superposição em mecânica quântica, que diz que, se
são autoestados (por exemplo, orbitais atômicos), então qualquer combinação linear desses autoestados também é um estado válido. Em fórmula:
onde os
são coeficientes (complexos, em geral) determinados pelas condições de contorno e normalização. Aplicado à química, isso significa que podemos misturar (“superpor”) orbitais atômicos de diferentes energias ou orientações para construir novos orbitais que melhor descrevem a distribuição eletrônica em uma molécula.
Passo 3
Na prática química essa superposição de orbitais aparece de duas maneiras principais:
– Formação de orbitais híbridos em um mesmo átomo (por exemplo, combinar e
para gerar orbitais
,
ou
) de modo a explicar a geometria molecular.
– Formação de orbitais moleculares na teoria , onde orbitais atômicos de átomos diferentes se combinam para criar orbitais ligantes e antiligantes.
– Formação de orbitais híbridos em um mesmo átomo (por exemplo, combinar
– Formação de orbitais moleculares na teoria
Passo 4
A teoria da ligação de valência incorpora os seguintes conceitos-chave:
Sobreposição de orbitais atômicos: a força de uma ligação covalente cresce com o grau de sobreposição entre orbitais que contêm elétrons desemparelhados.
Emparelhamento de spins: para que dois elétrons formem um par de ligação, eles devem ter spins antiparalelos, conforme o princípio de exclusão de Pauli.
Hibridização de orbitais: combinação de orbitais atômicos de um mesmo átomo para gerar orbitais novos, direcionados de acordo com a geometria observada (ligeiramente mais estáveis ao formar ligações).
Ressonância: muitas moléculas não são bem descritas por uma única estrutura de Lewis; em vez disso, a verdadeira função de onda é uma superposição de várias estruturas de valência, o que confere estabilidade extra.
Energia de troca: em certos casos a troca de posições de elétrons de spins paralelos entre orbitais sobrepostos gera uma estabilização adicional da molécula.
Resposta
Superposição de orbitais
É a combinação linear de orbitais atômicos (autoestados) em novos orbitais, segundo
É a combinação linear de orbitais atômicos (autoestados) em novos orbitais, segundo
permitindo formar híbridos ou orbitais moleculares que descrevem melhor a molécula.
Conceitos incorporados na teoria de ligação de valência
– Sobreposição de orbitais atômicos com elétrons desemparelhados;
– Emparelhamento de spins antiparalelos para formar ligações;
– Hibridização ( ,
,
, etc.) para explicar geometria;
– Ressonância como superposição de estruturas de valência;
– Estabilização extra via energia de troca.
– Sobreposição de orbitais atômicos com elétrons desemparelhados;
– Emparelhamento de spins antiparalelos para formar ligações;
– Hibridização (
– Ressonância como superposição de estruturas de valência;
– Estabilização extra via energia de troca.