05/09/2008 Química Geral - Prof. Dr. Élcio Barrak Geometria Molecular e Teorias de Ligação...

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Geometria Molecular e Teorias de Ligação

Rodrigo Fróes Merigo nº 15891

Gabriel Cari Costa nº 15851

Engenharia Mecânica 2008

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Por quê é importante estudar?

• A geometria molecular determina a ocupação da molécula no espaço, o seu arranjo espacial e a polaridade de suas ligações, o que influi diretamente nas propriedades físicas do material formado por ela. E é a partir das propriedades constatadas para o material que determina-se, entre outras coisas, suas possíveis utilidades, por exemplo:

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Narcótico Analgésico Anti-tussígeno

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Tópicos Abordados

Capítulo 9

• 9.1 Formas Espaciais Moleculares

• 9.2 O Modelo RPENV

• 9.3 Forma Espacial e Polaridade Molecular

• 9.4 Ligação Covalente e Superposição de Orbitais

• 9.5 Orbitais Híbridos

• 9.6 Ligações Múltiplas

• 9.7 Orbitais Moleculares

• 9.8 Moléculas do Segundo Período

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Formas Espaciais Moleculares

• Determinada por fatores como ângulo de ligação e comprimento de ligação, as formas espaciais se diferem das formas moleculares como a de Lewis, por exemplo, que representa os átomos em um único plano.

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Representação de Lewis: Representação Espacial:

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Formas Básicas

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• As figuras mostradas representam as formas mais básicas de representação, mas ainda podem ser obtidas formas adicionais removendo átomos de seus vértices:

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O Modelo RPENV (Repulsão do Par de Elétrons do Nível de Valência)

A base do modelo RPENV para explicar a organização molecular A base do modelo RPENV para explicar a organização molecular está na melhor disposição de elétrons, que é aquela onde a está na melhor disposição de elétrons, que é aquela onde a repulsão entre eles é minimizada.repulsão entre eles é minimizada.

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Esse modelo ainda define alguns conceitos:Esse modelo ainda define alguns conceitos:

• Um par ligante, assim como um não-ligante define uma região no espaço,onde há maior probabilidade de encontrar elétrons, chamada de domínio de elétron.

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Fazendo uma analogia com balões, pode-se visualizar como esse efeito ocorre, uma vez que balões amarrados pelos seus bicos adotam naturalmente seus arranjos de menor energia.

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Influência dos Pares Não-Ligantes no Ângulo de Ligação

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O arranjo será definido pela distribuição dos átomos e não pela distribuição dos domínios de elétrons.

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Modelos Espaciais

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Forma Espacial e Polaridade Molecular

Recordando:• Polaridade da ligaçãoPolaridade da ligação: Mede quão igualmente os

elétrons de uma ligação são distribuídos entre os átomos ligantes.

• Momento de dipolo:Momento de dipolo: Grandeza vetorial que quantifica a separação de carga na molécula.

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• Pode-se determinar a polaridade de uma molécula tendo como base a análise de sua geometria molecular.

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Moléculas Polares e Apolares

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Ligação Covalente e Superposição de Orbitais

• De acordo com a teoria de Lewis, uma ligação covalente ocorre quando há compartilhamento de elétrons, concentrando densidade eletrônica entre os núcleos.

• Estendendo essa abordagem, a teoria da ligação de valência afirma que essa concentração indica que os orbitais de valência sobrepuseram-se.

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• A sobreposição de orbitais permite que elétrons de spins contrários compartilhem o mesmo espaço:

H – 1s1 F – 1s² 2s² 2p5

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• Conforme a distância entre os núcleos diminui, mais forte se torna a ligação, porém, se essa distância diminui muito, a repulsão eletrostática entre os núcleos aumenta rapidamente. Dessa forma, existe um comprimento de ligação ideal para cada ligação, onde essas forças se equilibram.

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Orbitais Híbridos

Hibridização de orbitais

Processo de formação de orbitais eletrônicos híbridos. Em alguns átomos, os orbitais dos subníveis atômicos s e p ou d se misturam, dando origem a orbitais híbridos sp, sp² e sp³.

• As ligações covalentes são formadas por:As ligações covalentes são formadas por:

– Sobreposição de orbitais híbridos com orbitais atômicos.Sobreposição de orbitais híbridos com orbitais atômicos.

– Sobreposição de orbitais híbridos com outros orbitais Sobreposição de orbitais híbridos com outros orbitais híbridoshíbridos..

Orbitais Híbridos sp

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Orbitais Híbridos sp2 e sp3

CH4

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BF3

Híbridos Envolvendo os Híbridos Envolvendo os Orbitais dOrbitais d

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Ligações MúltiplasLigações

Densidade eletrônica distribuída ao longo da linha de conexão dos átomosMaior força na ligação

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Ligações

Ligação por superposiçãoMenor força na ligação

Ligações duplas

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Ligações Triplas

H2C ═ CH2

HC ≡ CH

Ligações π Deslocalizadas

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Ocorrem em moléculas com duas ou mais estruturas de ressonância Ocorrem em moléculas com duas ou mais estruturas de ressonância envolvendo ligações envolvendo ligações π..

Orbitais Moleculares (OM)

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Orbital molecular antiligante

Orbital molecular ligante

Orbital Molecular σ

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Orbitais Moleculares (OM)

• Pode acomodar no máximo dois elétrons (spins contrários);

• Têm energia definida;

• Podemos visualizar sua distribuição de densidade eletrônica.

Diagrama de níveis de energia

Ordem de Ligação

A ordem de ligação determina a estabilidade de uma ligação covalente.

Ordem de Ligação = ½ (n.º de e- ligantes – n.º de e- anti-ligantes)

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Resultados:0 → ligação inexistente;1 → ligação simples;2 → ligação dupla;3 → ligação tripla.

Ordem de ligação = ½ (2 – 2) = ½ . 0 = 0

Resultados iguais a zero significam que a ligação não é possível.

He2 NÃO EXISTE!

Configurações Eletrônicas de BConfigurações Eletrônicas de B22 até Neaté Ne22 – Valência 2s 2p – Valência 2s 2p

• Os orbitais atômicos 2s têm Os orbitais atômicos 2s têm menor energia que os orbitais menor energia que os orbitais atômicos 2p;atômicos 2p;

• A superposição de dois orbitais A superposição de dois orbitais 2p2pzz é maior que as dos dois é maior que as dos dois

orbitais 2porbitais 2pxx e 2p e 2pyy;;

• Ambos os orbitais moleculares Ambos os orbitais moleculares ππ2p2p e e ππ**2p2p são duplamente são duplamente

degenerados.degenerados.

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Moléculas Diatômicas do Segundo Período

Para moléculas homonucleares de valências s e p valem:• O número de orbitais moleculares formados é igual ao número de

orbitais atômicos combinados;• Os orbitais atômicos se combinam mais efetivamente a outros de

energias similares;• A eficiência com a qual dois orbitais atômicos se combinam é

proporcional à superposição entre eles;• Quando OMs de mesma energia são ocupados, um elétron entra em

cada orbital antes de ocorrer um emparelhamento.

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Orbitais MolecularesOrbitais moleculares para:

Li2→ 1s2 2s1

• 1s e 2s: diferentes energias;

• 1s formam orbitais ligante σ1s e anti-ligante σ*1s

2s: mais distantes do núcleo / maior superposição / maior separação de energia;

1s: mais baixos em energia que 2s.

½ (4 – 2) = 1 (ligação simples)

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Be2 → 1s²2s²Segue mesmas regras de Li2, mas com oito elétrons dos OMs, logo:

½ (4 – 4) = 0 (não existe ligação)

Moléculas Diatômicas Heteronucleares

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-Ex: Óxido de Nitrogênio – NO N = OTem 11 elétrons de valência e é altamente reativo.As estruturas indicam ligação dupla, mas o pequeno comprimento de ligação indica ordem maior que dois.Se os átomos não diferenciam-se tanto em eletronegatividade, seus OMs serão parecidos com os das moléculas diatômicas homonucleares.½ (8-3) = ½ 5 = 5/2 = 2 ½

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Bibliografia

• http://www.youtube.com/watch?v=Y27Dq-sNglM

• http://www.mundodoquimico.hpg.ig.com.br/hibridizacao.htm

• http://www.dq.fct.unl.pt

• http://dequi.faenquil.br

• http://www.mundodoquimico.hpg.ig.com.br/Hibridizacao2.htm

• http://labinfo.cefetrs.edu.br

• “Química: A Ciência Central”. Lemay, Brown, Bursten. São Paulo: Pearson, 2005. (9.ª ed.)

• “Química: Um Curso Universitário”. Mahan, Myers. São Paulo: Edgard Blücher, 1995. (4.ª ed.)

• “Princípios de Química”. Masterton, Slowinski, Stanitski. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 1990. (6.ª ed.)