Teoria da hibridização de orbitais

Considera-se, em química orgânica, que uma molécula é formada por átomos conectados por ligações que consistem em pares de elétrons.

Para o metano, por exemplo:

o orbital “2s” e os 3 orbitais “2p” se combinam com os orbitais “1s” dos hidrogênios.

TEORIA DA LIGAÇÃO COVALENTE

• De acordo com a teoria da ligação covalente, as ligações químicassó são efetuadas por orbitais atômicos semipreenchidos .

Vamos analisar o Carbono, em seu estado fundamental:

6C : 1s2 2s2 2p2

NA CAMADA DE VALÊNCIA HÁ DOIS ORBITAIS SEMIPREENCHIDOS: ASSIM ,O CARBONO SERIA BIVALENTE

TEORIA DA HIBRIDIZAÇÃO

• A teoria da hibridização, tenta explicar as ligações químicas, à nível de orbitais ,que não podem ser justificadas pela distribuição eletrônica fundamental.

• CONDIÇÃO PARA HIBRIDIZAÇÃO: átomo deveapresentar, na camada de valência , orbital completo, em um subnível e orbital vazio em outrosubnível de energia próxima. Haverá uma promoçãoeletrônica de um elétron do orbital completo para o orbital vazio aumentando, assim,o número de orbitais semipreenchidos disponíveis para efetuaras ligações químicas.

TETRAVALÊNCIA DO CARBONO

C ATIVADO

HIBRIDIZAÇÃO DE ORBITAIS

• É a mistura de orbitais pertencentes a um mesmo átomo, originando novos orbitaisiguais entre si, mas diferentes dos orbitaisoriginais.

• A diferença destes novos orbitais atômicos, denominados orbitais híbridos, acontecetanto na geometria(forma) como no conteúdoenergético.

• O número dos orbitais híbridos obtidos seráo mesmo dos orbitais existentes antes de serem misturados.

• Orbitais híbridos efetuam ligações sigma (σ).

HIBRIDIZAÇÃO sp3 DO CARBONO

PROMOÇÃO ELETRÔNICA HIBRIDIZAÇÃO

FORMAÇÃO DE 4 ORBITAIS HÍBRIDOS : 4 LIGAÇÕES SIGMA ( σ )

Os quatro orbitais ligantes do metano possuem a mesma energia e se separam formando ângulos

de 109028’. Orbitais são funções de onda, e como tal, podem

se combinar:

Assim, para a molécula do hidrogênio,

Com a seguinte distribuição de energia:

Alguns pontos a considerar a respeito deste

diagrama:

1 – 2 orbitais atômicos (AO) combinam para dar 2 orbitais moleculares (OM).

2 – Pela LCOA OA se somam para formar orbitais ligantes e OA se subtraem para formarem orbitais

antiligantes.

3 – Átomos iguais contribuem igualmente para formar o OM.

4 – O OM ligante possui menor energia que os OA.

5 – O OM antiligante possui maior energia que os OA.

6 – O OM pode conter, no máximo, dois elétrons com spins opostos.

7 – Os dois elétrons no OM formam a ligação química.

8 – Como os dois elétrons no OM possuem menor energia que no OA, energia é liberada

quando átomos se combinam.

Para a molécula do metano, combinando as funções de onda dos orbitais “2s” e “2p” são

formados oito novos orbitais, quatro ligantes e quatro antiligantes:

Chem547, Supramolecular Chemistry, Rice, 2006

sp3 hybridization and bond directionality

Shown together (large lobes only)

sp3

sp3

sp3

sp3

109.5o

Hybridizing s and three p orbitals form 4 identical sp3 orbitals

CGEOMETRIA:

TETRAÉDRICA

Hibridização e Geometria

Ligação σσσσ - Orbitais atômicos em um mesmo átomo podem se combinar para formar novos orbitais

atômicos. Estes novos orbitais serão denominados “orbitais híbridos”, que formarão os orbitais

moleculares σ.

Os orbitais atômicos híbridos podem superpor tanto em

fase como fora de fase, resultando em dois orbitais

moleculares que são cilindricamente simétricos em um

eixo internuclear.

Ou seja, esta é uma combinação de simetria σ.

METANO : CH4

4 C-H :σ sp3 – s

Orbital sp3: C

Orbital s : H

ETANO CH3 - CH3

σsp3 –sp3

σ sp3 - s

1C-C : σsp3 –sp3

6 C-H: σ sp3 - s

Considerando a molécula do eteno:

HIBRIDIZAÇÃO sp2 DO CARBONO

PROMOÇÃO ELETRÔNICAHIBRIDIZAÇÃO: mistura de 1s+2p originando 3 híbridos sp2 : 3 ligações σ

1 orbital p puro (não hibridizado): 1ligação π

p puro

Orbitais híbridos sp2 CARBONO sp2

p puro

sp2

sp2

sp2

GEOMETRIA: TRIGONAL

A combinação destes orbitas moleculares coplanares com átomos de hidrogênio (4) e a

combinação de dois orbitais “sp2” leva a formação do eteno:

ETENO CH2 =CH2

π ( p – p )

σsp2 –sp2

σsp2 -s

1 C – C : 1σ sp2– sp2

1 C – C : 1π ( toda π é p-p)

4 C – H : 4σ sp2 - s

O etino possui uma ligação tripla:

tendo uma geometria linear:

HIBRIDIZAÇÃO sp DO CARBONO2 p puros

PROMOÇÃO ELETRÔNICA HIBRIDIZAÇÃO: mistura de 1s+1p originando 2 híbridos sp: 2 ligações σ2 orbitais p puros (não

hibridizados): 2 ligações π

Logo o etino será formado:

ETINO CH ≡ CH

σ sp-spσ sp-s

1 C – C: 1 σ sp-sp

2 C – C: 2 π

2 C – H : 2 σ sp-s

Ligação π - A sobreposição paralela de dois orbitais p forma um orbital molecular que não apresenta simetria σ. A rotação ao redor deste eixo faz com que os orbitais p mudem de fase. Este novo orbital é dito ter simetria π e é chamado de orbital π. Existe um par de orbitais p paralelos que se

combinam para gerar dois orbitais moleculares π, um ligante e um antiligante.