Ligação nas moléculas de CH4 , C2H4 , C2H2 e C6H6

Os hidrocarbonetos são compostos formados por carbono e hidrogénio em que, nas ligações que se estabelecem, o carbono contribui com 4 orbitais atómicas de valência ( uma 2s e três 2p ) e com 4 electrões. Cada hidrogénio contribui com 1 orbital atómica e 1 electrão, o que permite diversas possibilidades de ligação.

ch4.jpg (76619 bytes) Molécula CH4

A molécula tem 8 orbitais moleculares de valência com 8 electrões ( 4 provenientes do carbono e 1 por cada hidrogénio ). Todas as ligações CH são ligações simples, implicando que todos os 8 electrões de valência da molécula têm carácter ligante. Esta situação traduz-se na descrição de todos os electrões de valência da molécula por orbitais moleculares ligantes, não existindo electrões em orbitais moleculares antiligantes.

c2h4.jpg (115425 bytes) Molécula C2H4

A molécula tem 12 electrões de valência ( 4 por cada carbono e 1 por cada hidrogénio ) e 12 orbitais moleculares ( 4 por cada carbono e 1 por cada hidrogénio ). Admitindo que 6 orbitais moleculares são ligantes, 4 correspondem às ligações simples entre os átomos de carbono e hidrogénio. As 2 orbitais restantes, de carácter ligante, vão corresponder à ligação entre os átomos de carbono, o que explica a ordem de ligação 2 para esta ligação.

c2h2.jpg (112546 bytes) Molécula C2H2

Todos os electrões têm carácter ligante, sendo a ordem de ligação entre os átomos de carbono igual a 3.

c6h6.jpg (123041 bytes) Molécula C6H6

Dados experimentais indicam que o benzeno apresenta uma estrutura em hexágono regular, sendo os comprimentos de ligação entre átomos de carbono adjacentes iguais, o que significa que as ligações entre cada dois átomos de carbono são equivalentes.

A molécula tem 30 electrões de valência e 30 orbitais moleculares. Admitindo que 15 destas orbitais são ligantes, então temos todos os electrões de valência como ligantes. Dado que há 6 ligações simples CH, 6 destas orbitais ligantes estão preenchidas com os electrões destas ligações, 12. Restam, portanto, 9 orbitais moleculares ligantes, que poderão corresponder aos 18 electrões restantes, electrões esses correspondendo ao total de 6 ligações CC, apontando tal distribuição para um efeito ligante assegurado por 3 electrões por cada ligação.

Na molécula de benzeno, a ligação entre cada dois átomos de carbono do anel hexagonal é mais forte que uma ligação simples e mais fraca que uma ligação dupla, sendo a ordem de ligação igual a 1,5. Tal resultado adequa-se ás observações experimentais que apontam para as ligações CC na molécula de benzeno terem o mesmo comprimento e a mesma energia.

Para representar a molécula podem usar-se as fórmulas de Kekulé, ou um hexágono com um anel circular no interior.

A fórmula de estrutura pode admitir várias representações equivalentes. Dizemos que são híbridos de ressonância. Para representar correctamente uma molécula (ou ião) deste tipo é necessário colocar em paralelo todas as formas limite possíveis.

Representação da estrutura do ião nitrato, NO3- no3.jpg (24688 bytes)

 

Representação da estrutura do ozono, O3 o3.jpg (15284 bytes)

 

No caso das estruturas ressonantes, a ordem de ligação entre átomos iguais da molécula corresponde a um número não inteiro.

 

Regra do octeto

Se repararmos nas fórmulas de estrutura da maior parte dos exemplos que são analisados, verificamos que à volta dos átomos dos elementos, exceptuando o hidrogénio, se situam sempre 8 electrões ( 4 pares ), sejam eles ligantes ou não ligantes. Esta regularidade corresponde à chamada regra do octeto: os átomos das moléculas estáveis apresentam à sua volta 8 electrões.

Esta regra tem origem no facto dos elementos não metálicos do 2º período da Tabela Periódica estabelecerem ligações covalentes, partindo de 4 orbitais atómicas de valência, embora preenchidas com diferente número de electrões.

Por isso, em rigor, a regra do octeto só se verifica inteiramente para elementos do 2º período da Tabela Periódica. Para elementos de períodos superiores, quando o número de orbitais de valência dos átomos que estabelecem as ligações é superior a 4, esta regra admite muitas excepções.

No entanto, trata-se de uma regra expedita e útil para estabelecer rapidamente fórmulas de estrutura e para prever a existência de compostos.

Regra:

Em moléculas para as quais se verifica a regra do octeto, pode apontar-se outra regularidade, relativa às reacções entre estas moléculas – conservação das somas das ordens de ligação.