Calculadora de Ordem de Ligação - Determinar a Força de Ligação Molecular

O que é ordem de ligação?

A ordem de ligação é um número que mostra quantas ligações químicas conectam dois átomos em uma molécula. Ela vem da teoria dos orbitais moleculares, um modelo de ligação química no qual os elétrons preenchem orbitais compartilhados que envolvem toda a molécula, em vez de permanecerem em um único átomo. Uma ordem de ligação de 1 significa uma ligação simples, 2 significa uma ligação dupla e 3 significa uma ligação tripla. A ordem de ligação também prevê a força e o comprimento da ligação: uma ordem de ligação maior significa uma ligação mais curta e mais forte.

Fórmula da ordem de ligação

Os orbitais moleculares são de dois tipos. Um orbital ligante contém elétrons que atraem os dois átomos. Um orbital antiligante contém elétrons que afastam os átomos. A ordem de ligação é calculada a partir dos elétrons de cada tipo:

$\text{Ordem de ligação} = \frac{\text{elétrons ligantes} - \text{elétrons antiligantes}}{2}$

A divisão por 2 leva em conta que uma ligação corresponde a um par compartilhado de elétrons.

Como calcular a ordem de ligação

1. Encontre o diagrama de orbitais moleculares da molécula ou determine quantos elétrons de valência ela possui.
2. Conte os elétrons presentes nos orbitais ligantes (identificados por σ e π).
3. Conte os elétrons presentes nos orbitais antiligantes (identificados por σ* e π*).
4. Subtraia a quantidade de elétrons antiligantes da quantidade de elétrons ligantes.
5. Divida o resultado por 2.

Exemplo resolvido: oxigênio (O₂)

O oxigênio tem 12 elétrons de valência. O preenchimento de seu diagrama de orbitais moleculares coloca 8 elétrons em orbitais ligantes e 4 em orbitais antiligantes.

Ordem de ligação = (8 − 4) / 2 = 2

Isso corresponde à ligação dupla O=O observada experimentalmente pelos químicos. O modelo de orbitais moleculares também explica por que O₂ é paramagnético (atraído por um campo magnético): dois de seus elétrons antiligantes estão desemparelhados, algo que uma estrutura de Lewis simples não consegue mostrar.

Moléculas comuns e suas ordens de ligação

Ordens de ligação fracionárias, como 2,5 no monóxido de nitrogênio (NO), ocorrem quando uma molécula tem um número ímpar de elétrons ou quando sua estrutura é uma combinação de mais de uma disposição. O benzeno é um exemplo conhecido fora desta tabela: cada ligação carbono-carbono tem uma ordem de ligação de 1,5, intermediária entre uma ligação simples e uma dupla, porque os elétrons do anel se distribuem uniformemente pelos seis átomos de carbono, em vez de ficarem fixos em posições específicas.

A ligação tripla do nitrogênio é excepcionalmente forte, por isso o gás N₂ resiste à dissociação, embora o nitrogênio constitua a maior parte da atmosfera terrestre. O flúor, apesar de ser um elemento altamente reativo, tem apenas uma ligação simples em F₂; essa ligação relativamente fraca é uma das razões pelas quais F₂ reage tão prontamente com outras substâncias.

Como usar a calculadora

Digite uma fórmula química na caixa de entrada, como O2, N2, CO ou H2O, usando números comuns em vez de índices. A ordem de ligação aparece automaticamente assim que uma fórmula reconhecida é inserida; não há um botão separado para pressionar. Selecione Redefinir para limpar o campo.

As fórmulas diferenciam maiúsculas de minúsculas: CO (monóxido de carbono) não é a mesma entrada que co ou Co. A ferramenta reconhece uma lista fixa de 37 moléculas comuns: 13 diatômicas homonucleares, como H₂ e O₂, e 24 compostos simples, como CO₂, NH₃ e NaCl. Para uma molécula com mais de dois átomos, ela fornece a ordem de ligação da ligação principal, e não um valor para cada ligação. Para CO₂, trata-se de uma ligação C=O, portanto a resposta é 2; para o eteno (C₂H₄), trata-se da ligação C=C, portanto a resposta também é 2, e não uma média que incluiria as quatro ligações simples C–H. Uma fórmula que não esteja na lista retorna uma mensagem informando que a ordem de ligação não está disponível.

O diagrama ao lado do resultado desenha uma linha para cada ligação completa, como em uma fórmula estrutural: uma linha para uma ligação simples, duas para uma ligação dupla e três para uma ligação tripla. Uma ordem de ligação fracionária acrescenta uma linha tracejada para a parte restante de uma ligação; assim, o NO (2,5) é desenhado com duas linhas contínuas e uma linha tracejada.

Relação entre ordem de ligação, força e comprimento da ligação

A ordem e o comprimento da ligação variam em sentidos opostos: à medida que a ordem de ligação aumenta, o comprimento diminui. A ordem e a força da ligação variam juntas: à medida que a ordem de ligação aumenta, também aumenta a energia necessária para romper a ligação. As ligações carbono-carbono ilustram claramente esse padrão.

O mesmo padrão aparece na espectroscopia no infravermelho, uma técnica que identifica ligações pela frequência da luz que elas absorvem. As ligações triplas vibram em frequências mais altas que as ligações duplas, que vibram em frequências mais altas que as ligações simples; por isso, os químicos muitas vezes conseguem determinar o tipo de ligação apenas observando onde uma amostra absorve luz infravermelha.

Limitações da ordem de ligação

A fórmula acima funciona bem para moléculas covalentes simples, nas quais dois átomos compartilham elétrons diretamente. Ela se aplica de maneira menos precisa em outros casos.

Moléculas com ressonância, como o benzeno ou o ozônio, recebem apenas uma ordem de ligação média, e não um valor para uma estrutura exata. Compostos de metais de transição envolvem orbitais d e outros efeitos que a fórmula básica de elétrons ligantes menos antiligantes não capta; nesses casos, os químicos usam métodos mais especializados, como a ordem de ligação de Mayer.

Os compostos iônicos são um caso completamente distinto. O cloreto de sódio (NaCl) é mantido unido pela atração elétrica entre os íons Na⁺ e Cl⁻, e não por um par compartilhado de elétrons em um orbital molecular. A ordem de ligação baseada em orbitais moleculares não descreve estritamente esse tipo de ligação. Algumas tabelas de referência, incluindo a desta calculadora, ainda listam um valor nominal contado a partir da fórmula de Lewis (1 para NaCl, 2 para MgO), mas esse número não tem o mesmo significado físico que possui para uma molécula covalente como O₂ ou N₂.

Perguntas frequentes

O que é a ordem de ligação em termos simples? É um número que mostra quantas ligações mantêm dois átomos unidos: 1 para uma ligação simples, 2 para uma ligação dupla, 3 para uma ligação tripla e frações como 1,5 para moléculas com ressonância.

Como a ordem de ligação é calculada? Subtraia o número de elétrons antiligantes do número de elétrons ligantes e depois divida por 2.

Por que o nitrogênio (N₂) tem uma ordem de ligação maior que o oxigênio (O₂)? N₂ tem apenas 2 elétrons antiligantes, enquanto O₂ tem 4. Menos elétrons antiligantes significam uma ligação resultante mais forte; por isso, a ordem de ligação de N₂, 3, é maior que a ordem de ligação de O₂, 2.

A ordem de ligação pode ser uma fração? Sim. Moléculas com um número ímpar de elétrons de valência ou com ressonância entre várias estruturas têm ordens de ligação fracionárias, como 2,5 para o NO ou 1,5 para as ligações carbono-carbono do benzeno.

Uma ordem de ligação maior sempre significa uma molécula mais estável? Geralmente, uma ordem de ligação maior significa uma ligação individual mais forte, mas a estabilidade molecular geral também depende da geometria, da ressonância e da estabilidade dos produtos que uma reação formaria.

A ordem de ligação se aplica a compostos iônicos, como o sal de cozinha? Não no sentido estrito dos orbitais moleculares. Os compostos iônicos são mantidos unidos pela atração entre íons carregados, e não por pares de elétrons compartilhados; portanto, a fórmula de elétrons ligantes menos antiligantes não os descreve realmente, mesmo quando um valor nominal é listado por conveniência.

Referências

1. Mulliken, R. S. (1955). "Análise da população eletrônica em funções de onda moleculares LCAO-MO." The Journal of Chemical Physics, 23(10), 1833–1840.
2. Pauling, L. (1931). "A natureza da ligação química." Journal of the American Chemical Society, 53(4), 1367–1400.
3. Atkins, P. W., & de Paula, J. (2014). Físico-Química de Atkins (10.ª ed.). Oxford University Press.
4. Housecroft, C. E., & Sharpe, A. G. (2018). Química Inorgânica (5.ª ed.). Pearson.