QUMICA ORG NICA LIGAES QUMICAS GEOMETRIA MOLECULAR HIBRIDIZAO

QUÍMICA ORG NICA LIGAÇÕES QUÍMICAS GEOMETRIA MOLECULAR HIBRIDIZAÇÃO 1

Geometria molecular • O arranjo tri-dimensional dos átomos em uma molécula geometria molecular • A teoria da repulsão dos pares de elétrons (ligantes e não-ligantes) procura explicar o arranjo dos átomos numa molécula. 2

Teoria da repulsão dos elétrons • Electrons são cargas carregadas negativamente, portanto se repelem mutuamente. • Os elétrons ocuparão posições tais que minimizem os efeitos de suas repulsões (ocupando regiões o mais afastado possível uns dos outros). • Num átomo os elétrons ocupam determinados espaços chamados orbitais (máximo 2 e num orbital). • Tipos de orbitais mais comuns: orbitais s ; p ; 3

REVENDO O ORBITAL s FORMA DOS ORBITAIS z y x orbital s 4

REVENDO OS 3 ORBITAIS p z FORMAS DOS ORBITAIS y x pz orbital px orbital py orbital 5

Exemplo da geometria de uma molécula com mais de um átomo central • Observa-se que um dos carbonos da molécula é tetraédrico e o outro é trigonal plano (explicação fica para após o conceito de hibridação). 6

Momento dipolar • A molécula de HF tem uma ligação polar – uma separação de cargas devido a diferença de eletronegatividade existente entre o F e o H. • A forma da molécula e a grandeza do dipolo explicam a polaridade total da molécula. +H-F 7

Momento dipolar e geometria • • • Moléculas diatômicas homonucleares não apresentam momento dipolar (O 2, F 2, Cl 2, etc) Moléculas triatômicas ou maiores ( dependem do efeito resultante de todas ligações polares existentes na molécula). Em moléculas como CCl 4 (tetraédricas) BF 3 (trigonal planar) todos vetores das ligações polares individuais se cancelam Þ resultando em nenhum momento dipolar(zero). 8

O momento dipolar depende da geometria da molécula 9

Mais exemplos polaridade e geometria 10

Ligações covalentes • Resultam da sobreposição dos orbitais atômicos dos átomos que participam da ligação. • Os átomos compartilham o par eletrônico existente na ligação. • A ligação covalente pode ser polar ou apolar. • Podem ser do tipo sigma ou pi. 11

A molécula de H 2 • Observa-se uma ligação covalente simples resultante da sobreposição de um orbital 1 s de cada um dos átomos de hidrogênio. • Observa-se que a ligação tem uma simetria cilíndrica sobre o eixo que une o centro dos dois átomos. Isto é conhecido como ligação . • A ligação no H 2 (H-H”) pode ser resumida em: 1 s (H) – 1 s(H”) ligação 12

A ligação covalente no H 2 • Interpenetração de orbitais (ligação sigma s-s) Região da sobreposição 13

A ligação no H 2 • SIMETRIA CILÍNDRICA DA LIGAÇÃO SIGMA 14

2 átomos de H separados Cada átomo de H apresenta 1 eletron no orbital do subnível 1 s. Este elétron encontra-se atraído pelo único próton existente no núcleo do átomo de H. 15

Início da formação do H 2 Os átomos de H se aproximam acontecendo a sobreposição dos orbitais 1 s. Cada elétron começa a sentir a força atrativa de ambos prótons dos núcleos. 16

Ligação sigma s-s quase completa no H 2 17

Molécula de H 2 com seu orbital molecular Na molécula de H 2 os dois orbitais atômicos 1 s dão origem a um orbital molecular que engloba os dois elétrons existentes na ligação covalente. 18

A molécula de Cl 2 • Observa-se uma ligação simples originada da união de dois orbitais 3 p, cada um pertencente a um dos átomos de cloro. Resumo 3 pz (Cl ) – 3 pz (Cl”) ligação sigma 19

A ligação p-p • Simetria cilíndrica 20

Uma Molécula Linear A molécula de Be. H 2 Região da ligação 21

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GEOMETRIA DAS MOLÉCULAS • Muitas propriedades (ex: reatividade) das moléculas estão relacionados com sua forma. • A forma é dependente do ângulo das ligações e do comprimento das ligações. • Utiliza-se o conceito de hibridização dos átomos numa molécula para explicar a forma dessa molécula. 23

Hibridização de orbitais atômicos • É a mistura de orbitais pertencentes a um mesmo átomo, originando novos orbitais iguais entre si, mas diferentes dos orbitais originais. • A diferença destes novos orbitais atômicos, denominados orbitais híbridos, acontece tanto na geometria(forma) como no conteúdo energético. • O número dos orbitais híbridos obtidos será o mesmo dos orbitais existentes antes de serem misturados. 24

ORBITAIS ANTES DA HIBRIDAÇÃO x hibridização s orbital z px orbital y pz orbital py orbital 25

ORBITAIS APÓS HIBRIDAÇÃO (sp 3) z x 4 x sp 3 orbitais híbridos 26

Hibridização 3 sp • É a mistura de 3 orbitais p “puros” com um orbital s “puro”, formando 4 novos orbitais “híbridos” denominados sp 3. • A geometria dos 4 orbitais sp 3 é tetraédrica (os 4 orbitais partem do centro do tetraédro e dirigemse, cada um, para um dos vértices do tetraédro). • O ângulo entre os orbitais sp 3 será de aprox. 109° • Acontece no C que se liga através de 4 ligações simples ( o C é tetravalente). 27

A formação dos híbridos 3 sp 28

Exemplo de hibridação 3 sp CH 4 • No CH 4, os 4 orbitais híbridos sp 3 do C se ligam com os orbitais s de 4 átomos de H, formando 4 ligações sigma C-H [sp 3 (C) – 1 s (H) ] x 4 ligação 29

. . C. . O carbono possui 4 elétrons de valência 2 s 22 p 2 O carbono é tetravalente. O carbono pode formar ligações simples, duplas e triplas. O carbono pode apresentar orbitais híbridos do tipo sp, sp 2 e sp 3 30

2 p hibridação 2 s sp 3 31

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Fórmula molecular do metano: CH 4 H Fórmula estrutural do metano: H C H H Lembrando, 4 ligações simples sp 3 ( 4 orbitais híbridos). Hidrogênio possui 1 s orbital não hibridizado. 33

Metano 34

FORMA DAS MOLÉCULAS sp 3 - tetraédrica sp 3 35

FORMA DAS MOLÉCULAS esta ligação está se afastando de você esta ligação está indo em sua direção 36

MOLÉCULA DO CH 4 37

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A molécula de CH 4 39

Hibridização 2 sp • É a mistura de um orbital s com dois orbitais p (pertencentes a um mesmo átomo), resultando em 3 novos orbitais denominados híbridos sp 2. • Os três orbitais híbridos sp 2 situam-se num mesmo plano formando ângulos de 120° entre si (geometria plana triangular). • Acontece com C que possua uma dupla ligação. • Num C do tipo sp 2 existirá um orbital p “puro” que será responsável pela ligação covalente do tipo pi. 40

HIBRIDIZAÇÃO DO CARBONO sp 2 Etileno H C C H H H Cada carbono é hibrido sp 2. O hidrogênio é 1 s. Uma ligação da dupla é sp 2 - sp 2. A outra é p - p. 2 p 2 p hibridação 2 s sp 2 41

C C Observe que a dupla ligação consiste numa ligação do tipo e outra do tipo . 42

H H C H 43

Exemplo de hibridação sp 2 H 2 C=CH 2 • Molécula de eteno (etileno). • Os dois átomos de C encontram-se ligados por uma dupla ligação Uma ligação sigma sp 2 -sp 2 e uma ligação pi). • Cada átomo de C encontra-se ligado a dois átomos de H (duas ligações sigma s-sp 2). 44

A Molécula de C 2 H 4 45

Os ângulos de ligações no C 2 H 4 • Como os átomos centrais são dois carbonos de hibridação sp 2 o ângulo entre as ligações sigma será de 120. observe que a ligação p é perpendicular ao plano que contém a molécula. • C com uma dupla ligação hibridação sp 2 Numa dupla ligação uma ligação e uma ligação p 46

HIBRIDIZAÇÃO sp 2 - trigonal planar ligação eteno (etileno) ligação 47

FORMA DA MOLÉCULA sp 2 - trigonal planar C C ligação orbital p vazio 48

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OUTRAS MOLÉCULAS PLANAS TRIGONAIS hibridação sp 2 geometria trigonal planar neste exemplo, cada carbono é sp 2 51

Hibridação sp • É a mistura de um orbital s com 1 orbital p, produzindo dois novos orbitais denominados híbridos sp. • Os orbitais híbridos sp formam um ângulo de 180 entre si. • A geometria molecular será linear. • Surge em C com duas duplas ou C com uma tripla ligação. • Numa tripla ligação ter-se-á uma ligação sigma e duas pi. 52

Etino (Acetileno) 53

Exemplo de hibridação sp C 2 H 2 • Etino (acetileno) • Em torno dos átomos de C existem dois orbitais híbridos sp e dois orbitais p “puros”. • Os dois orbitais híbridos se ligarão através de ligações sigma s-sp (H-C) e sigma sp-sp(C-C). • Os dois orbitais p de cada carbono se ligarão produzindo duas ligações pi entre os carbonos (resultando numa tripla ligação entre os dois carbonos). • Liga tripla uma ligação e duas ligações p 54

Fórmula estrutural do acetileno H C C H Cada átomo de carbono é um híbrido sp. Os hidrogênios possuem orbitais 1 s, não hibridizados. 2 p 2 p hibridação 2 s sp Observe que a tripla ligação consiste de uma e 2 . As duas ligações provem dos orbitais p, não hibridizados. 55

H C C H 56

A Molécula de C 2 H 2 57

Tipos de ligações no C 2 H 2 • No acetileno existem 3 tipos de ligações: ligações sigma s-sp; ligação sigma sp-sp; ligações pi [sp (C 1 ) – 1 s (H) ] x 2 tipo [sp (C 1 ) – sp (C 2 ) ] tipo [2 py (C 1 ) – 2 py (C 2 ) ] tipo p [2 pz (C 1 ) – 2 pz (C 2 ) ] tipo p 58

ISTO É TUDO, PESSOAL !! 59