Teoria

Fala aí! Hoje vamos falar um pouquinho sobre a teoria da ligação de valência, que explica como as ligações ocorrem por meio da sobreposição de orbitais atômicos.

Tá preparado?

Se liga nesse conteúdo adicional que pode ser bem útil pra você 🥰👇

O que é a Teoria da Ligação de Valência?

A Teoria da Ligação de Valência (TLV) diz que a ligação entre dois átomos é feita por meio da sobreposição de dois orbitais atômicos semipreenchidos.

Se formos representar a ligação entre dois átomos de hidrogênio, você pode ser tentado a desenhar um desses jeitos aqui:

Ligação de Lewis para o
Ligação de Lewis para o

E não tem nada de errado não! Afinal, a gente desenha essa estrutura de Lewis desde que começamos a estudar ligações químicas lá na escola, não é mesmo?

Maaas, olha só que coisa: tem uma teoria muito famosa que diz que os elétrons podem se comportar tanto como partículas, quanto como ondas. E aí, como que a gente vai falar do elétron como onda, se a gente tá representando ele como bolinhas que interagem umas com as outras?

Aí que entra a teoria da ligação de valência, que vai tratar as ligações químicas não mais como partículas, ou bolinhas, interagindo umas com as outras, mas sim como orbitais atômicos que se sobrepõem.

Orbitais Atômicos

Os orbitais são regiões que apresentam a maior probabilidade de se encontrar os elétrons nas proximidades de um átomo.

Os mais importantes pra gente entender a TLV vão ser os orbitais do tipo s e p. Olha eles aí:

Representação de um orbital s e um orbital p.
Representação de um orbital s e um orbital p.

Segundo a TLV, uma ligação surge quando os orbitais de dois átomos se sobrepõem. Mais ou menos assim:

Sobreposição frontal de orbitais.
Sobreposição frontal de orbitais.

Essas aí são sobreposições do tipo frontal. Mas também podemos ter do tipo lateral:

Sobreposição lateral de orbitais.
Sobreposição lateral de orbitais.

Quando ocorre uma sobreposição frontal, a ligação resultante é do tipo sigma (). Quando a sobreposição é lateral, a ligação é do tipo pi ().

Bora ver como fica aquela ligação desse jeito que aprendemos?

A configuração eletrônica do hidrogênio é:

Quer dizer que cada hidrogênio só tem 1 elétron, em um orbital do tipo s. Então, nossa ligação vai ser formada a partir da sobreposição de dois orbitais s.

Ligação
Ligação

Aquela região mais escurinha ali no meio é onde ocorre a tal sobreposição, e é ali que existe a maior probabilidade de se encontrar os elétrons.

Saca só esse vídeo aqui explicando tudo o que eu acabei de te contar e um pouquinho mais ⏯️

Hibridação de Orbitais Atômicos

Orbitais atômicos de níveis energéticos diferentes podem se fundir para gerar orbitais híbridos.

Vamos parar pra pensar um pouquinho na molécula de . Ela é formada por um átomo de carbono e quatro de hidrogênio, com as seguintes configurações eletrônicas:

Se a gente fizer o diagrama de caixas para os elétrons de valência nos orbitais, vamos ver o seguinte:

Diagrama para os orbitais dos elétrons de valência.
Diagrama para os orbitais dos elétrons de valência.

O carbono tem que fazer 4 ligações, uma com cada hidrogênio, certo? Então ele precisa de 4 orbitais com elétrons desemparelhados.

Para isso, um dos elétrons do 2s do carbono vai ter que ser excitado para aquele 2p vazio.

Salto de um elétron de um orbital 2s para um 2p;.
Salto de um elétron de um orbital 2s para um 2p;.

Mas agora pensa no seguinte: se as ligações ocorrem assim, a gente vai ter três ligações entre os 2p do carbono e os 1s dos hidrogênios e uma única ligação entre o 2s do carbono e o 1s de um hidrogênio. Isso significaria que uma das ligações da molécula seria diferente das outras três.

Mas isso não acontece! Todas as medidas experimentais indicam que as quatro ligações são equivalentes.

Então precisamos de um novo conceito para explicar o que tá acontecendo aqui: a hibridação de orbitais.

A hibridação de um orbital s com três orbitais p gera quatro orbitais híbridos.

Hibridação de orbitais.
Hibridação de orbitais.

Agora, o carbono no fica com quatro orbitais , todos equivalentes, para ligar com os hidrogênios.

Ligações Pi ()

Uma ligação pi ocorre quando há a sobreposição lateral de dois orbitais puros do tipo p (não híbridos).

Uma molécula terá uma ligação pi sempre que tiver ligações duplas ou triplas. Por exemplo, na molécula de eteno , há uma ligação sigma e uma pi entre os carbonos.

Por conta disso, não podemos fazer a hibridação dos orbitais destes carbonos como fizemos para o . Porque um dos orbitais deve ser deixado puro, para fazer a ligação pi.

Hibridação do carbono com um orbital puro para a ligação pi.
Hibridação do carbono com um orbital puro para a ligação pi.

Repare como a linha do orbital p está um pouquinho acima dos híbridos sp. Isso é intencional, viu? É porque um orbital híbrido sp tem nível energético entre o s (menos energético) e o p (mais energético), então ele é mais energético que o orbital s puro mas continua sendo menos energético que o p puro.

Hibridação e Geometria Molecular

A hibridação dos carbonos é um dos pontos fundamentais para se entender a geometria de moléculas orgânicas.

Para qualquer tipo de hibridação, os orbitais formados se distribuem no espaço de modo a maximizar a distância entre si, a fim de diminuir a repulsão eletrônica.

No caso da hibridação , isso é alcançado quando as ligações formam a figura de um tetraedro, com ângulos de 109,47º entre as ligações. Esse é o caso daquela molécula de que falamos anteriormente.

Arranjo molecular tetraédrico.
Arranjo molecular tetraédrico.

Na hibridação , as três ligações sigma formam ângulos de 120º. A maior distância entre os orbitais é alcançada com a figura de um triângulo, que fica tudo em um plano só. Dá só uma olhada para a molécula do :

Cada carbono tem arranjo trigonal planar.
Cada carbono tem arranjo trigonal planar.

Expansão do Octeto

Como que a TLV lida com casos em que ocorrem a expansão do octeto?

Nas estruturas de Lewis, alguns átomos podem fazer mais de ligações, quando tiverem orbitais d disponíveis. Aqui isso também pode acontecer, mas esses orbitais d vão ser hibridizados com os s e os p tal como viemos fazendo até aqui.

Por exemplo, pra molécula , o fósforo tem que fazer 5 ligações. Para isso, ele vai usar um orbital s, três orbitais p e um d, todos hibridizados! O resultado disso é uma hibridação .

Hibridação
Hibridação

Os orbitais resultantes dessa hibridação se arranjam espacialmente de forma bipiramidal trigonal, com aquela ideia de manter a maior distância possível entre um e outro.

Geometria molecular bipiramidal trigonal.
Geometria molecular bipiramidal trigonal.

Tudo beleza? Saca só esse resuminho:

Na Teoria da Ligação de Valência TLV, as moléculas se formam a partir da sobreposição de orbitais atômicos. Esses orbitais podem sofrer hibridação e são responsáveis pela geometria molecular.

Hibridação de Orbitais Atômicos

Ligações Pi ()

Hibridação e Geometria Molecular

Expansão do Octeto

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