Utilize reações químicas para explicar sua resposta. Com base na Teoria da Ligação de Valência (TLV), descreva as ligações químicas presentes no ácido bórico.
Passo 1
O enunciado pede que eu descreva, usando a Teoria da Ligação de Valência (TLV), as ligações químicas presentes no ácido bórico. Informações dadas / que vou usar diretamente:
- Fórmula molecular do ácido bórico:
. - Preciso usar reações químicas para explicar parte da resposta (p. ex. comportamento em água).
- Vou explicar passo a passo como as ligações aparecem segundo a TLV e como mudam em reações.
Passo 2
Noções básicas da Teoria da Ligação de Valência (TLV) — explicação didática e necessária:
- Na TLV uma ligação covalente é formada quando orbitais atômicos de dois átomos se sobrepõem e os elétrons são compartilhados entre eles. Essa sobreposição forma uma ligação sigma (
) ou pi ( ), dependendo da geometria da sobreposição. - Híbridos: átomos podem formar orbitais híbridos (por exemplo,
, , ) que explicam geometrias observadas. Um orbital é formado pela combinação de um orbital com dois orbitais , dando três orbitais equivalentes no mesmo plano (120° entre si) e deixando um orbital não-hibridizado perpendicular ao plano. - Ligação dativa (ou coordenada): quando ambos os elétrons da ligação vêm do mesmo átomo (um doador com par isolado) e o outro átomo aceita esse par em um orbital vazio. Na TLV isso é tratado como formação de uma ligação covalente através da sobreposição do orbital com par solitário com o orbital vazio do outro átomo.
- Polaridade: diferença de eletronegatividade entre átomos gera distribuição desigual dos elétrons da ligação, tornando-a polar (com cargas parciais
e ).
Passo 3
Aplicando a TLV ao ácido bórico — geometria e hibridização:
- O ácido bórico tem um átomo de boro ligado a três grupos
. A estrutura observada é trigonal plana. Vou escrever a fórmula em TeX: . - No modelo da TLV o boro usa hibridação
: três orbitais formam três ligações sigma com os oxigênios das hidroxilas; sobra um orbital não-hibridizado e vazio perpendicular ao plano. - Cada oxigênio de
é aproximadamente hibridizado: dois lócus ocupados por pares não ligantes (lone pairs), um orbital para ligar ao hidrogênio ( ) e outro para ligar ao boro ( ). Assim cada oxigênio forma duas ligações sigma e mantém dois pares isolados.
Passo 4
Descrição detalhada das ligações em
:
- Ligações
: são ligações sigma ( ) formadas pela sobreposição entre um orbital do boro e um orbital apropriado do oxigênio (par que participa da ligação). Por causa da diferença de eletronegatividade (valores aproximados usados para raciocínio: , , ) essas ligações têm caráter polar, com oxigênio parcialmente negativo ( ) e boro parcialmente positivo ( ). Importante: o boro fica com apenas 6 elétrons na camada de valência (é deficiente em elétrons) — isso é consistente com o orbital vazio mencionado. - Ligações
: são ligações sigma covalentes polares, formadas por sobreposição entre orbital do oxigênio e orbital do hidrogênio. O hidrogênio fica e o oxigênio . - Interações intermoleculares: os grupos
permitem que moléculas de formem ligações de hidrogênio ( ) entre si. Essas ligações não são covalentes na TLV (são interações eletrostáticas e parcialmente direcionais), mas influenciam estrutura cristalina e propriedades físicas (ponto de fusão, solubilidade). - Conclusão até aqui: na molécula neutra temos três ligações covalentes polares
, três ligações covalentes polares e ligações de hidrogênio intermoleculares.
Passo 5
Comportamento ácido em água explicado pela TLV — reações que ilustram mudança de ligações:
- O ácido bórico é um ácido de Lewis: ele aceita um par de elétrons no orbital
vazio do boro, em vez de doar próton. Dois exemplos de reações que explicam isso (vou usar notação química em display para clareza):
Explicação TLV: o íon hidróxido (
) doa um par de elétrons de um de seus oxigênios para o orbital vazio do boro, formando uma ligação dativa (
) que é energeticamente equivalente a uma ligação covalente. Após essa doação o boro passa a ter quatro ligações e muda hibridização de
para
(geometria tetraédrica) no ânion
.
- Equilíbrio ácido em água (mostrando formação de hidrônio, abordagem prática):
Explicação TLV: uma molécula de água doa par de elétrons ao boro formando
(como acima) e outro rearranjo/protonação gera
. Isso demonstra que a acidez de
em água é mediada pela sua habilidade de aceitar pares de elétrons (característica de Lewis), não por liberarem diretamente um H+ da hidroxila.
- Reações com álcoois/dióis — formação de ésteres de boro:
ou para diol que forma éster cíclico (ex.: manitol), a ligação do par isolado do diol ao boro estabiliza a forma tetraédrica, aumentando a acidez aparente. Em TLV isso é explicado pela doação de pares isolados do oxigênio do álcool para o orbital vazio do boro, formando ligações coordenadas que acabam equivalendo a ligações covalentes no complexo.
Passo 6
Mecanismo conceitual (muito prático para prova): como desenhar/justificar as ligações no exame
- Desenhe a molécula trigonal plana: escreva
no centro e três grupos nos vértices de um triângulo; marque o orbital vazio do boro perpendicular ao plano. - Para cada
: indique que é sigma ( ) pela sobreposição (não precisa detalhar qual exato do oxigênio, apenas que o oxigênio doa um orbital que participa da ligação). - Para explicar reação com
: desenhe o par isolado do oxigênio de apontando para o orbital vazio do boro e escreva a equação:
e explique que após a doação a geometria passa a tetraédrica e a hibridização do boro para
.
Passo 7
Resumo didático e conclusão (o que você deve anotar na folha da prova)
- Ligações presentes em
: -
: três ligações covalentes sigma, majoritariamente formadas por sobreposição de do boro com orbitais do oxigênio; polares ( é , é ); boro fica eletronicamente deficiente (orbital vazio). -
: três ligações covalentes sigma polares (oxigênio parcialmente negativo, hidrogênio parcialmente positivo). - Ligações de hidrogênio intermoleculares
: forças importantes para estrutura sólida e propriedades físicas. - Ligação dativa / coordenada quando reage com um doador de par (ex.:
ou ): formação de com mudança de para no boro.
-
- Reações úteis para lembrar:
Resposta
Ligações intermoleculares: ligações de hidrogênio
Ligação coordenada (dativa) possível em reações: formação de