4-Use a teoria da ligação de valência (TLV) para explicar as ligações presentes na molécula de \mathrm{O}_{2}. Esboce a sobreposição dos orbitais atômicos/híbridos envolvidos.

Passo 1

O enunciado pede para usarmos a Teoria da Ligação de Valência (TLV) para explicar como os átomos de oxigênio se unem em \mathrm{O}_2. Vamos precisar da configuração eletrônica do oxigênio, do conceito de hibridização para acomodar pares de elétrons não ligantes e do esquema de sobreposição de orbitais atômicos (ou híbridos) para formar ligações \sigma e \pi.

Passo 2

Cada átomo de oxigênio tem configuração eletrônica de valência
\mathrm{O}:\;1s^2\,2s^2\,2p^4,
isto é, são seis elétrons na camada de valência: dois ocuparão orbital 2s (par não ligante) e quatro ocuparão orbitais 2p. Na TLV mostramos esses pares como pares isolados (lone pairs) e usamos hibridização para explicá-los direcionalmente.

Passo 3

Para acomodar os dois pares não ligantes e ainda deixar um orbital apto a formar ligação \sigma, assumimos que cada átomo de oxigênio se hibridiza em sp^2. Assim, de cada átomo surgem três orbitais híbridos sp^2:
  1. Dois orbitais sp^2 contêm cada um um par não ligante (total de quatro elétrons).
  2. O terceiro orbital sp^2 sobra para o compartilhamento de um par na ligação \sigma.
    Fica ainda um orbital 2p “puro” por átomo, disponível para formar ligação \pi.

Passo 4

Esquematicamente, ao unirmos os dois oxigênios:
— Os orbitais sp^2 frontais (um de cada átomo) se alinham sobre o eixo internuclear e fazem sobreposição de punta a punta, gerando a ligação \sigma.
— Os orbitais 2p puros (um de cada átomo), perpendiculares ao eixo, se aproximam lateralmente (sobreposição em faces laterais) e formam a ligação \pi.
As outras duas direções de sp^2 em cada átomo contêm os pares não ligantes e não participam diretamente na ligação entre átomos.

Passo 5

Contando elétrons e ligações:
— Ligação \sigma gerada pelo par compartilhado nos orbitais sp^2.
— Ligação \pi gerada pelo par compartilhado nos orbitais 2p.
— Cada átomo mantém dois pares isolados em orbitais sp^2.
Assim, a molécula de \mathrm{O}_2 apresenta uma ligação dupla (ordem de ligação 2), formada por uma ligação \sigma e uma ligação \pi.

Resposta

Em TLV, cada átomo de O em \mathrm{O}_2 é hibridizado sp^2. Um orbital sp^2 de cada átomo forma a ligação \sigma, enquanto o orbital 2p puro de cada átomo faz a ligação \pi. Os dois orbitais sp^2 restantes em cada átomo abrigam os dois pares não ligantes.

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