Teoria da Ligação de Valência

A teoria da ligação de valência explica uma ligação covalente como a sobreposição entre orbitais atômicos em átomos vizinhos. Na visão introdutória mais comum, os elétrons de ligação ficam localizados principalmente entre os dois núcleos, e por isso o modelo ajuda a explicar a direção das ligações, as ligações $\sigma$, as ligações $\pi$ e a hibridização.

Se você só lembrar de uma pergunta, lembre desta: quais orbitais estão se sobrepondo para formar a ligação? Essa pergunta normalmente leva você muito mais perto da química real do que apenas desenhar uma linha entre dois átomos e parar por aí.

O Que Diz a Teoria da Ligação de Valência

Na química introdutória, a teoria da ligação de valência costuma enfatizar três ideias:

• uma ligação covalente surge da sobreposição de orbitais atômicos
• os elétrons de ligação são tratados como localizados principalmente entre dois átomos
• o tipo e a direção da ligação dependem de como os orbitais se sobrepõem no espaço

É por isso que a forma dos orbitais importa. Uma sobreposição frontal produz uma ligação $\sigma$. Uma sobreposição lateral de orbitais $p$ não hibridizados e paralelos produz uma ligação $\pi$.

Por Que a Sobreposição de Orbitais Importa

Nem toda sobreposição é igualmente eficaz. Uma sobreposição mais eficaz geralmente significa maior densidade eletrônica entre os núcleos e, dentro desse modelo, uma interação de ligação mais forte.

A direção também importa. Como os orbitais apontam em direções específicas, a teoria da ligação de valência ajuda a explicar por que muitas ligações covalentes têm formas previsíveis em vez de arranjos aleatórios.

Exemplo Resolvido: Eteno E Por Que Uma Ligação Dupla Tem Duas Partes

O eteno, $C_2H_4$, é um ótimo exemplo porque mostra ao mesmo tempo hibridização e sobreposição de orbitais em uma única molécula.

Na teoria da ligação de valência introdutória, cada carbono no eteno é geralmente descrito como hibridizado em $sp^2$. Isso dá a cada carbono três orbitais $sp^2$ em um mesmo plano e um orbital $p$ não hibridizado perpendicular a esse plano.

Então, o quadro de ligações é o seguinte:

• um orbital $sp^2$ de um carbono se sobrepõe frontalmente com um orbital $sp^2$ do outro carbono para formar a ligação $\sigma$ $C-C$
• os orbitais $sp^2$ restantes em cada carbono se sobrepõem com orbitais $1s$ do hidrogênio para formar as quatro ligações $\sigma$ $C-H$
• os orbitais $p$ não hibridizados dos dois carbonos se sobrepõem lateralmente para formar uma ligação $\pi$

Assim, a ligação dupla carbono-carbono no eteno não é formada por duas ligações idênticas. Ela é uma ligação $\sigma$ mais uma ligação $\pi$. Essa é uma explicação direta da teoria da ligação de valência tanto para o tipo de ligação quanto para a geometria.

Como a Hibridização Entra Nisso

A teoria básica da ligação de valência pode descrever sobreposições simples, como $1s-1s$ ou $p-p$. Para muitas moléculas, isso não basta para explicar os ângulos de ligação observados.

A hibridização amplia o modelo ao permitir que orbitais do mesmo átomo se misturem antes da ligação. Nessa visão, rótulos como $sp$, $sp^2$ e $sp^3$ ajudam a explicar arranjos de ligação lineares, trigonais planares e tetraédricos comuns.

Na maioria dos contextos de química de primeiro curso, a hibridização é ensinada como parte do quadro mais amplo da teoria da ligação de valência. Ela é um modelo usado para explicar padrões de ligação, não uma teoria separada e concorrente.

Teoria da Ligação de Valência Vs. Teoria dos Orbitais Moleculares

A teoria da ligação de valência e a teoria dos orbitais moleculares descrevem ligações covalentes, mas enfatizam imagens diferentes.

A teoria da ligação de valência se concentra em ligações localizadas entre pares específicos de átomos. A teoria dos orbitais moleculares usa orbitais que podem se estender por toda a molécula. Em muitos problemas introdutórios, a teoria da ligação de valência oferece uma visão local rápida. Se os elétrons estiverem fortemente deslocalizados, a teoria dos orbitais moleculares geralmente descreve a distribuição de forma mais natural.

Nenhum dos dois modelos deve ser tratado como a única linguagem correta para toda molécula. O melhor modelo depende da característica que você está tentando explicar.

Erros Comuns

Tratar a teoria como apenas uma estrutura de Lewis com palavras novas

O ponto principal não é a linha da ligação por si só. O ponto principal é a sobreposição de orbitais que cria densidade eletrônica de ligação entre os átomos.

Supor que toda molécula é melhor descrita por ligações totalmente localizadas

A teoria da ligação de valência funciona melhor como um modelo de ligações localizadas. Se uma molécula tiver forte deslocalização, uma visão puramente local pode deixar de captar comportamentos importantes.

Esquecer a condição necessária para uma ligação $\pi$

Uma ligação $\pi$ precisa de orbitais $p$ não hibridizados e paralelos que possam se sobrepor lateralmente. Se essa geometria não estiver disponível, a imagem usual de ligação $\pi$ não se aplica.

Tratar a hibridização como uma teoria separada

Na maioria dos cursos introdutórios, a hibridização é uma extensão dentro da teoria da ligação de valência, não uma teoria completamente sem relação.

Quando os Químicos Usam a Teoria da Ligação de Valência

A teoria da ligação de valência é especialmente útil quando você quer explicar:

• por que uma ligação covalente se forma entre dois átomos
• por que uma ligação é uma ligação $\sigma$ ou uma ligação $\pi$
• por que a ligação tem direção
• por que a hibridização ajuda a explicar os ângulos de ligação em muitas moléculas comuns

Ela é mais prática quando uma molécula pode ser descrita de forma razoável com ligações localizadas e uma imagem no estilo de estrutura de Lewis. É por isso que ela aparece com tanta frequência na química orgânica introdutória e em discussões sobre ligações químicas.

Tente Um Caso Parecido

Tente fazer sua própria versão com o acetileno, $C_2H_2$. Pergunte quais orbitais se sobrepõem para formar a ligação $C-C$, quantas ligações $\pi$ estão presentes e por que a geometria é linear. Se quiser mais um tópico conectado, estude hibridização em seguida e compare $sp$, $sp^2$ e $sp^3$ como modelos de ligação.