O uso do termo energia no conteúdo de ligação química

A partir do conhecimento ondulatório atribuído aos elétrons, do desenvolvimento da teoria quântica moderna e da resolução da equação de Schrödinger, foi possível compreender a relação entre as propriedades químicas (Duarte, 2001) e desenvolver modelos explicativos para a interação de uma ou mais espécies atômicas na formação de uma molécula ou composto iônico. Cada um desses modelos é descrito

através de ligações químicas que podem ter suas explicações a partir de várias teorias dependendo da(s) espécie(s) que está interagindo.

Uma ligação química pode ser caracterizada como ligação iônica, covalente ou metálica. A explicação da formação de uma ligação química é feita em termos das interações eletrostáticas existentes entre essas espécies, motivo pelo qual o termo energia é constantemente utilizado para descrever essas interações. Em cada um desses tipos de interações as ligações podem ocorrer entre átomos que compõe uma molécula (ligações covalente), unidade iônica (ligações iônicas) e metais (ligações metálicas), tendo, portanto diferentes valores de energia de ligação em cada um desses tipos de ligações.

Nas teorias que descrevem a formação de uma ligação química, o uso do termo energia é utilizado inicialmente para explicar a formação de uma ligação iônica através do ciclo de Born-Haber. Este é um ciclo termoquímico, baseado na lei de Hess, para explicar a variação de energia que ocorre na formação dos sólidos iônicos. Neste ciclo o termo energia é utilizado para especificar tanto a transformação das espécies químicas de sua forma elementar em espécies iônicas como a separação destas, que constituem o sólido iônico em íons isolados na fase gasosa, sendo este último processo denominado de energia de rede. A explicação dessa energia é expressa em termos da variável termodinâmica entalpia.

Também na análise da energia de rede, o termo energia é utilizado para explicar os diferentes valores de energia que cada sólido iônico possui, por ter em sua constituição diferentes espécies atômicas interagindo com diferentes valores de raio atômico e, conseqüentemente, diferentes valores de carga nuclear efetiva.

De acordo com a Teoria da Ligação de Valência (TLV) e a Teoria do Orbital Molecular (TOM), o princípio básico para formação de uma ligação química é a diminuição líquida da energia da espécie formada em relação aos seus constituintes isolados. Este princípio fica claro quando utiliza-se, no conteúdo de ligações químicas, o gráfico de diminuição de energia potencial líquida, Figura 1, da formação das moléculas de hidrogênio (H2), geralmente usado na teoria da Ligação de Valência

(TLV) para mostrar a variação na energia potencial na formação do H2.

No gráfico da Figura 1, o termo energia também é utilizado. Nesse gráfico se ilustra que quando dois átomos atingem uma distância ideal entre os núcleos atômicos

para formar a ligação a energia mínima da formação da ligação é atingida. Quando a distância mínima é superior a esse valor ideal ocorre um aumento no número de repulsões eletrostáticas entre as duas espécies, de forma tal, que ocorre um aumento da energia.

O termo energia também é utilizado para especificar a estabilidade que cada molécula possui ao calcular valores de carga formal para cada átomo dessa molécula em uma determinada representação de Lewis. O menor valor de carga formal em um átomo, de dada representação de Lewis, especifica que essa representação corresponde a real alocação dos átomos na molécula o que implica que é a representação mais estável e, conseqüentemente, de menor energia.

Ainda no estudo do conteúdo de ligações químicas, o termo energia é utilizado para explicar a energia de ligação entre os átomos em uma molécula qualquer, sendo que a energia de ligação entre os átomos de certa molécula depende das forças atrativas e repulsivas que esse átomo exerce em relação ao átomo ao qual está se ligando, o que implica saber o tamanho do raio atômico de cada uma das espécies ou da quantidade de ligações existentes entre essas espécies. A variação de energia na quebra de uma ligação química pode ser também quantificada através da variável macroscópica termodinâmica entalpia.

Com relação a representação da forma da molécula (geometria molecular), o termo energia pode ser utilizado para explicar que a menor repulsão entre os pares de elétrons em domínios ligantes advém do fato dessa molécula possuir a menor energia, ou seja, ser a representação mais estável.

Figura 1 - Diminuição Líquida da Energia

Como já descrito anteriormente, cada orbital atômico apresenta uma energia específica. A teoria da ligação de valência se utiliza do conceito de orbital atômico para especificar que esses orbitais se tornam híbridos (orbitais formados pela combinação dos orbitais atômicos de um mesmo átomo), e compartilham os elétrons que formam uma determinada molécula. Na formação dos orbitais híbridos, o termo energia é utilizado para especificar que os elétrons promovidos a ocupação desses orbitais requer um ganho de energia, mas que a energia liberada na formação da ligação mais do que compensa a energia gasta para promoção desses elétrons.

Para descrever a teoria do orbital molecular, o termo energia é utilizado no intuito de explicar que os orbitais atômicos formam orbitais moleculares de energia específica. O orbital molecular pode ser caracterizado como orbital ligante (orbital molecular de menor energia) e orbital molecular antiligante (orbital molecular de maior energia), sendo que a formação da ligação química, de acordo com essa teoria, se utiliza do termo energia para especificar que a ligação só ocorre quando um maior número de elétrons da molécula ocupam o(s) orbital(is) de menor energia, ou seja, o(s) orbital(is) ligante. Ainda nesta teoria o termo energia é expresso ao lado de cada diagrama que descreve os orbitais moleculares, especificando a ordem crescente de energia dos elétrons que ocupam a molécula.