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Você sabia como os elétrons conjugados fluem nas moléculas?
Os sistemas de elétrons conjugados são atraentes em química, não apenas porque reduzem a energia geral da molécula, mas também porque esse fluxo de elétrons promove a estabilidade da molécula. Um sistema conjugado consiste em orbitais p conectados, e os elétrons nesses orbitais p podem fluir livremente dentro da molécula. Em que circunstâncias específicas esse fluxo de elétrons melhora a estabilidade e a reatividade das moléculas?
A existência de um sistema conjugado significa que os elétrons π não pertencem a uma única ligação ou átomo, mas a um grupo de átomos.
Sistemas conjugados destinados a reduzir a energia geralmente exibem ligações simples e duplas alternadas. Além disso, pares de elétrons isolados, radicais livres ou íons carbênio também podem participar de tais sistemas. Uma vez que entramos em tal sistema, especialmente moléculas orgânicas comuns como o benzeno e o 1,3-butadieno, vemos características estruturais que estão intimamente relacionadas ao fluxo de elétrons.
Ligação química e sistemas conjugados
As possibilidades de conjugação não vêm apenas da alternância de ligações simples e duplas. Numa cadeia, desde que átomos adjacentes tenham orbitais p disponíveis, o sistema pode ser considerado conjugado. Por exemplo, o furano é um anel de cinco membros contendo duas ligações duplas alternadas e um átomo de oxigênio. O par solitário de elétrons do átomo de oxigênio pode participar da conjugação, tornando todo o sistema estável.
Qualquer carbono hibridizado sp2 ou sp ou outro átomo, incluindo átomos com orbitais vazios ou pares solitários de elétrons, pode participar de sistemas conjugados.
A formação de um sistema conjugado requer a sobreposição de orbitais atômicos, portanto, geralmente é necessário que o sistema conjugado seja planar. Isto significa que o par de elétrons solitário que participa da conjugação ocupará um orbital p puro, em vez do orbital híbrido spn normalmente posicionado. Isto é crucial ao estudar ligações químicas, especialmente em química computacional e teoria orbital molecular.
Estabilidade e sua energia
A estabilidade da estrutura conjugada está intimamente relacionada à sua energia de ressonância. Esta estabilidade é encontrada ao calcular a energia entre uma molécula real e uma molécula simplificada do ponto de vista químico tradicional (isto é, ligações π localizadas). Se considerarmos a influência de fatores externos, a influência da energia de ressonância é significativamente maior para sistemas catiônicos do que para sistemas neutros, enquanto os valores estimados para moléculas aromáticas variam de 36 a 73 kcal/mol, indicando sua especial estabilidade.
Os elétrons π em um sistema conjugado são compartilhados por todos os átomos híbridos sp2 e sp adjacentes, e esses elétrons formam estruturalmente um sistema de ligação geral que é maior que a molécula.
Vale ressaltar que compostos não aromáticos ou antiaromáticos, mesmo que possuam ligações duplas e ligações simples alternadas, não possuem necessariamente a mesma estabilidade. Essas moléculas diferem em sua geometria e no grau de sobreposição de seus orbitais p e, portanto, geralmente diferem em sua reatividade e estabilidade.
O mistério da cor: o papel dos sistemas conjugados na percepção das cores
Quando um composto possui ligações conjugadas suficientes em suas moléculas, ele pode absorver luz visível, o que as faz parecer coloridas a olho nu. Veja o beta-caroteno, por exemplo, cujas longas cadeias de carbono conjugadas lhe conferem sua intensa cor laranja. Quando os elétrons do sistema absorvem fótons do comprimento de onda apropriado, eles são promovidos a um nível de energia mais elevado. Este processo está intimamente relacionado ao modelo da mecânica quântica, principalmente a partir da transformação dos níveis de energia orbitais, podemos compreender as características do fluxo de elétrons da ligação π.
A extensão da absorção de fótons é proporcional ao comprimento do sistema conjugado: quanto mais longo o sistema, maior o comprimento de onda dos fótons que podem ser capturados.
No entanto, nem todos os sistemas conjugados apresentam absorção de luz visível. Os compostos contendo menos de oito ligações duplas conjugadas geralmente absorvem a luz UV e parecem incolores ao olho humano. À medida que o número de ligações duplas aumenta, o comprimento de onda da luz absorvida torna-se maior e a cor pode mudar de amarelo para vermelho, tornando-o amplamente útil na fabricação de corantes.
Conclusão
O fluxo de elétrons conjugados não apenas molda a estrutura de uma molécula, mas também afeta suas propriedades químicas e absorção de cor, dando-nos uma perspectiva mais profunda e colaborativa na compreensão do mundo da química. Como esses sistemas afetam coisas que encontramos todos os dias, como cores e reações químicas?
