Dos orbitais ligantes e antiligantes

Ao se propor um compartilhamento de elétrons - uma ligação covalente - uma das primeiras observações que deve ser visualizada se dá na aproximação de dois orbitais e, se preciso, uma mudança em seus formatos espaciais (hibridização). Só para efeito de demonstração, vejamos o que acontece com o átomo e, logo depois, com a molécula de hidrogênio (H2):

O átomo de hidrogênio é, de longe, o mais "simples" da tabela periódica. Por esse motivo, os estudos dos orbitais foram realizados com átomos de hidrogênio e, depois, generalizados. Dessa forma, dizemos que os orbitais (s (0), p (1), d (2) e f (3)) são hidrogenoides e servem como uma comparação razoável para o que acontece com outros tipos átomos em que esse estudo seria de alta complexidade matemática, devido aos altos números de prótons e elétrons. É válido ressaltar que esses cálculos relacionam todas as energias dos prótons e elétrons (ΔE): sejam elas individuais (energia de translação, vibração, rotação, etc.) ou as energias que existem entre os elétrons com elétrons, entre os prótons com os prótons e entre os elétrons com os prótons. O átomo de hidrogênio é formado por um próton e um elétron: sua distribuição eletrônica, portanto, é 1s¹, possuindo como números quânticos principais e secundários 1 (um) e 0 (zero), respectivamente. Por seu orbital ser s (sharp), possui um formato esférico. A visão espacial dessa esfera pode ser proposta calculando-se, primeiramente, a distância (r) do elétron ao núcleo do átomo e, posteriormente, os dois ângulos formados quando se faz uma projeção desse elétron na esfera: a sua latitude e o ângulo azimutal.
Figura 1: Essa imagem foi retirada do seguinte trabalho acadêmico: 
O Modelo Atômico e a Tabela Periódica, Universidade Federal do Pará, Belém/PA, 2009.
(OLIVEIRA, Ana Raquel; FIGUEIREDO, Jacqueline; FERNANDES, Luiza; BRANCO, Raiumunda; LEMOS, Rennan).

Na molécula de hidrogênio H2, há o compartilhamento de 1 (um) elétron por cada átomo. Dessa forma, a molécula fica estável com dois elétrons. No entanto, antes da ligação covalente ser formada, existiam um total de dois orbitais atômicos: um de cada átomo. Por isso, ao ser formada a ligação, é necessário obtermos novamente dois orbitais (e não apenas um). Assim, um desses orbitais (onde se encontram os dois elétrons compartilhados) é chamado de orbital ligante; o outro, que no caso da molécula de hidrogênio se encontra vazio, é chamado de orbital antiligante. A diferença entre a quantidade de elétrons compartilhados entre o orbital ligante (OL) e o antiligante (OAL) para que uma ligação seja bem sucedida deve ser maior que zero (OL - OAL > 0). No caso da molécula de hidrogênio, existem dois elétrons no orbital ligante e zero elétrons no orbital antiligante. Assim, a diferença entre os orbitais, respectivamente, é de 2 (dois) elétrons, comprovando a legitimidade e viabilidade dessa ligação.

Quando houver uma diferença igual ou menor que zero nessa relação a ligação não ocorre. Todo esse estudo está baseado no princípio da dualidade da matéria: ora partícula, ora onda. Para esses estudos, são utilizamos os fenômenos ondulatórios que explicam a formação de orbitais ligantes e antiligantes. Considerando que a ligação química se torna viável pela presença de interferências de ondas, as interferências construtivas (crista/crista (CC), vales/vales (VV)) formam os orbitais ligantes; já as interferências destrutivas (crista/vale (CV)), que se aniquilam, formam orbitais antiligantes. É simples comprovar essa teoria utilizando, hipoteticamente, a molécula de He2. O átomo de hélio possui dois elétrons. Ao formar um compartilhamento de elétrons com outro átomo, a molécula ficaria estável com 4 (quatro) elétrons. No entanto, teríamos um orbital ligante (compartilhando dois elétrons) e um antiligante (compartilhando também dois elétrons) e, ao fazer a operação citada, OL - OAL, encontraríamos como resultado 0 (zero), o que impossibilita a formação dessa ligação, comprovando a inexistência dessa molécula. Ao formar o cátion He2+, por exemplo, podemos visualizar a existência desse íon, já que lhe foi retirado um elétron do orbital de maior energia (orbital antiligante), que passa a ter ao invés dois, apenas um elétron. Assim, ao efetuar a operação de viabilidade, teremos como resultado 1 (um): dois elétrons do orbital ligante menos um elétron do orbital antiligante: sendo possível a existência dessa estrutura catiônica.

Continue em frente! Pesquise, estude, descubra sempre.

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