Question

Na molécula H2O, o Oxigênio possui apenas 4 eletróns, e quanto aos outros 4? ele e instável?

Answer 1

O Oxigênio não "possui" 4 elétrons, mas sim atrai 8 elétrons! 4 deles vêm em forma de pares isolados que ficam em sua eletrosfera e outros 4 vêm em pares compartilhados com os Hidrogênios ao seu redor. Veja a imagem da estrutura de Lewis do composto para clarificações.

Na verdade, ao realizar ligação com os hidrogênios, o oxigênio tem mais influência sobre os elétrons ligantes do que os hidrogênios, pois ele possui maior eletronegatividade, ou seja, maior capacidade de atrair elétrons devido ao seu maior número de prótons no núcleo.

Por atrair com mais força os elétrons, o oxigênio se transforma no dipolo negativo da molécula, enquanto os hidrogênios viram dipolos positivos. Essa forte polaridade molecular gera consequências como fortes ligações intermoleculares que fazem com que a água tenha um alto ponto de fusão e de ebulição, se comparada a muitos outros compostos.

Quanto à pergunta: o oxigênio é instável? Vamos analisar a situação da molécula de água caso ela ocorresse exatamente como vemos na fórmula de Lewis. Se ela assim fosse, os 4 pares eletrônicos que rodeiam o oxigênio teriam uma angulação de 90º entre eles. Isso realmente faria da água uma molécula extremamente instável. Para você ter uma ideia, o metileno (CH2) tem só três pares de elétrons ao redor do carbono, com distanciamento parecido, e ainda assim é muito facilmente destruído.

Mas a água não é assim, não é mesmo? Deve haver algo que a torne uma molécula tão estável. Mas o que seria?

Sua pergunta é respondida com a seguinte palavra: hibridização. Vou explicar de forma sucinta: na configuração eletrônica do oxigênio, tem-se, na camada de valência, a ordem de elétrons por orbital que deixei anexada por imagem.

De acordo com essa configuração, o oxigênio deve fazer duas ligações sigma (ligações simétricas em relação ao eixo) com os hidrogênios. Acontece que essas ligações, ao serem feitas, geram uma angulação extremamente instável entre os átomos. Para prevenir que isso ocorra, o oxigênio se hibridiza, transformando todas as suas orbitais de valência em sp³. Essencialmente o que isso faz é criar 4 orbitais com formas adequadas para a criação de uma geometria molecular tetraédrica, onde as angulações entre os átomos são as menores possíveis (109º28'). Em anexo segue a imagem dos 3 orbitais envolvidos no processo.

Com os orbitais sp³ formados e a geometria estabilizada de maneira que as nuvens eletrônicas sofram as menores repulsões e maiores atrações possíveis, a molécula de água se estabiliza e se torna efetivamente uma das mais estáveis moléculas que conhecemos.