Melhor resposta
Ligações simples, duplas e triplas são muito conhecidas e os exemplos mais simples são etano, eteno (etileno) e etino (acetileno). No etano, dois elétrons são compartilhados por dois carbonos (ligação simples), ocupando o orbital σ. A ligação dupla ocorre quando quatro elétrons são compartilhados, ocupando um orbital σ (sigma) e um π (pi). Finalmente, a ligação tripla ocorre pelo compartilhamento de seis elétrons em um orbital σ e dois π.
Portanto, a ligação quádrupla deve ocorrer quando oito elétrons são compartilhados por dois átomos. Isso não é possível para o carbono (na verdade, C\_2 tem ligação dupla e C\_2 ^ {2-} tem ligação tripla) devido a restrições de simetria. Quando apenas os orbitais atômicos s estão disponíveis para ligação, apenas uma ligação σ pode ser feita. Com três orbitais p, é possível fazer uma ligação σ (envolvendo orbitais p\_z) e duas ligações π (orbitais p\_x + p\_x e orbitais p\_y + p\_y).
Ligação quádrupla (e quíntupla) só é possível usando orbitais d. Com eles, ele pode fazer uma ligação σ (envolvendo orbitais d\_ {z ^ 2}), duas ligações π (orbitais d\_ {xz} + d\_ {xz} e orbitais d\_ {yz} + d\_ {yz}) e dois ligações δ (delta) (d\_ {xy} + d\_ {xy} orbitais e d\_ {x ^ 2-y ^ 2} + d\_ {x ^ 2-y ^ 2} orbitais).
O primeiro exemplo de ligação quádrupla foi detectado no ânion complexo [Re\_2Cl\_8 ^ {2-}], onde dois [ReCl\_4 ^ -] unidades são conectadas por ligações quádruplas (uma ligação σ, duas ligações π e uma δ) entre dois átomos de rênio. As evidências experimentais que confirmam a existência de ligação quádrupla neste composto foram dadas por estudos estruturais (cristalografia de raios X) e técnicas espectroscópicas.
Apesar de raros, mais compostos com ligação quádrupla foram descobertos e, mais recentemente , espécies com ligação quíntupla (envolvendo todos os orbitais d) e ligação sêxtupla (com todos os d orbitais mais um orbital s).
É possível ir além com os metais do bloco f que, em teoria, poderiam formar ligações φ.
Resposta
O carbono pode e normalmente forma ligações triplas consigo mesmo (como no C2H2, acetileno), nos compostos de ciano (CN-) e no monóxido de carbono (CO). Alguns alunos se perguntam por que 2 átomos de carbono não formam ligações quádruplas entre si para completar os orbitais de ambos os átomos. Eles provavelmente estão se perguntando sobre isso, dado que o vizinho do carbono à direita, o nitrogênio, forma um triplo consigo mesmo na molécula de N2, de modo que cada átomo pode ter uma contagem completa de elétrons. Se essa foi sua linha de pensamento, eu o elogio por isso. Isso é usar um padrão subjacente para prever o comportamento de outros sistemas.
Mas há mais na ligação do que apenas a tendência de obter uma configuração de gás nobre. A formação de alguns tipos de ligações pode ser menos estável (ou instável) em comparação com outras devido às forças repulsivas. Uma molécula de C2 com ligações quádruplas pode existir nas baixas temperaturas do espaço, mas é improvável que seja estável em temperaturas e pressões ambientes. Lembre-se de que o carbono tem um raio atômico pequeno e, no caso de uma ligação quádrupla C2, isso é 8 elétrons compactados em uma região muito pequena. A quantidade de repulsão seria imensa.
A molécula C2 tem sido objeto de extensas pesquisas por muitas décadas. Os químicos continuam a se perguntar se o carbono pode formar uma ligação quádrupla consigo mesmo. Se você estiver interessado no tópico, aqui estão alguns artigos que exploram a possibilidade de uma ligação quádrupla em C2: Ligação quádrupla em C2 e espécies de elétrons de oito valência análogas
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/SC/C5SC03437J#!divAbstract
E aqui está outro sugerindo a existência de um ligante CUO com uma ligação quádrupla entre carbono e urânio. Sobre a multiplicidade de ligação máxima do carbono: ligação quádrupla C≣U incomum em CUO molecular
O carbono forma compostos de acetileto com uma série de álcalis e metais alcalinos terrestres. O ânion acetileto, que está em um estado -2 e é considerado uma ligação tripla, tem um comprimento de ligação ainda mais curto entre os átomos de carbono do que a suposta ligação quádrupla de C2. Se eu tivesse que fazer uma suposição fundamentada, C2 provavelmente transita entre um monte de estados excitados em que um dos átomos de carbono está no estado C e o outro em C +. Isso provavelmente causa uma breve contração de uma ligação tripla, levando os pesquisadores a supor que se trata de uma ligação quádrupla. Mas provavelmente não é.