MOLÉCULAS NA
TROPOSFERA
Espécies Maioritárias e Espécies Vestigiais
18-01-2013
Dulce Campos
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Estudo da molécula de oxigénio
A atmosfera é constituída maioritariamente por moléculas.
Os átomos ligam-se, formando as moléculas, porque tal como todos
os sistemas físicos, tendem a encontrar o estado mais estável que
corresponde à menor energia possível.
Os átomos, tal como a Natureza, regem-se pelo Princípio da
Energia Mínima.
Mas como é que eles atingem o estado de menor
energia possível?
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Estudo da molécula de oxigénio
Distância internuclear de
equilíbrio – comprimento
da ligação
A interacção entre eles é nula, ou seja, a
energia potencial do sistema constituído
por estes dois átomos é zero
Energia de
ligação
• forças atractivas fazem baixar a
energia de interacção ou
energia potencial eléctrica do
sistema dos dois átomos;
• forças repulsivas fazem
aumentar a energia potencial
eléctrica do sistema
Energia libertada quando
se forma uma mole de
moléculas
Estado de menor energia possível para o
sistema que atinge o máximo de
estabilidade – forma-se a molécula
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Dulce Campos
Estudo da molécula de oxigénio
• O que se passou com os electrões dos dois átomos de oxigénio?
TLV
TOM
Teoria Ligação de
Valência
Teoria Orbitais
Moleculares
Ambas se basearam em fundamentos da
Mecânica Quântica
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Estudo da molécula de oxigénio
TLV
• os electrões de valência da molécula são todos os
electrões de valência dos átomos que a formaram
• só os electrões de valência contribuem, em maior ou
menor grau, para a formação da molécula;
• quando dois átomos se aproximam, as nuvens
electrónicas correspondentes a duas órbitas atómicas
semipreenchidas começam a sobrepor-se, passando a
existir uma nuvem electrónica comum.
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Estudo da molécula de oxigénio
TLV
• Os electrões ficam atraídos simultaneamente pelos dois
núcleos, isto é, são partilhados pelos dois átomos;
• para que as repulsões entre os electrões partilhados
diminuam, estes passam a ter spins opostos;
• numa ligação covalente os electrões da ligação ocupam,
na maior parte do tempo, na região do espaço entre os
núcleos
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Estudo da molécula de oxigénio
• Como sabemos quantos electrões vão efectivamente unir
os átomos?
A ligação é feita através dos electrões
desemparelhados dos dois átomos de
oxigénio:
Os quatro electrões desemparelhados formam dois pares electrónicos e são
partilhados pelos dois núcleos, ocupando preferencialmente a região
internuclear: estabelecem uma ligação covalente entre os dois átomos.
Como há dois pares electrónicos partilhados, a ligação chama-se covalente
dupla.
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Estudo da molécula de oxigénio
Ligação covalente significa partilha de electrões.
Ligação covalente dupla significa dois pares
electrónicos partilhados, ou seja, dois pares
ligantes
Aos pares de electrões isolados, que não
contribuem para a ligação chamam-se pares nãoligantes
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Estudo da molécula de oxigénio
• Como podemos representar a ligação?
Notação de Lewis
Oito electrões de
valência não-ligantes na
molécula
Ligação covalente dupla:
quatro electrões partilhados
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Estudo da molécula de oxigénio
• Na molécula temos:
• Doze electrões de valência (seis de cada átomo);
• Quatro destes electrões vão ser partilhados, estabelecendo
efectivamente a ligação;
• Os oito electrões que sobram formam quatro pares de electrões
não-ligantes.
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Moléculas de Hidrogénio e Azoto
• Tal como a molécula de oxigénio estas também são
moléculas diatómicas homonucleares.
TAREFA
1. Explique o que entende por molécula diatómica
homonuclear.
2. Explique a formação das moléculas de acordo com a
TLV.
TEMPO : 10 MINUTOS
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Moléculas de Hidrogénio e Azoto
H2
OU
Ligação covalente Simples: um
par de electrões partilhado, um
par ligante
N2
Dois pares de electrões
não-ligantes
OU
Ligação covalente tripla: três
pares de electrões partilhados,
três pares ligantes
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Parâmetros de Ligação
• Energia e Comprimento da Ligação Covalente
1. Que relação existe entre o número de electrões partilhados e o valor
da energia da ligação?
2. Que relação existe entre o nº de electrões partilhados e o
comprimento da ligação?
3. Que relação existe entre o tipo de ligação, a força da ligação e o seu
comprimento?
4. Qual das moléculas será menos reactiva? justifique
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Parâmetros de Ligação
Maior número de electrões partilhados
mais forte
maior energia de ligação
estabilidade da molécula
Maior estabilidade
ligação
maior
menor reactividade química
• A molécula de hidrogénio tem uma energia de ligação
comparativamente maior do que a de flúor, apesar de ambas terem
uma ligação covalente simples
• Deve-se à singularidade do átomo de hidrogénio, muito pequeno e só
com um electrão.
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Parâmetros de Ligação
• Das três moléculas, a que tiver menos electrões
partilhados deverá ter maior comprimento de ligação, o
que se verifica.
Maior nº de electrões partilhados implica
maior energia de ligação o que implica
menor comprimento de ligação.
• Menos reactiva é a molécula de Azoto, o que explica o
que se passa na atmosfera. Estas não se dissociam
apenas se ionizam nas camadas mais altas da atmosfera
com radiações UV bem mais energéticas
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Gases Raros
• Porque não formam moléculas?
não há electrões disponíveis para serem
simultaneamente partilhados por dois núcleos
Os outros gases raros têm estrutura electrónica semelhante à
do néon, no que diz respeito ao nível electrónico de valência.
Também nenhum deles forma moléculas com outros átomos.
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Ligações químicas em moléculas poliatómicas: H2O;
NH3; CH4 e CO2
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As moléculas de água – H2O
Notação de Lewis
Dois pares de electrões de
valência que não participam
na ligação (não-ligantes)
Duas ligações
covalentes simples
o átomo de oxigénio, após a formação da molécula, fica rodeado de
oito electrões: um octeto electrónico.
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As moléculas de amoníaco – NH3
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As moléculas de metano – CH4
De acordo com esta configuração o Carbono só poderia
ligar-se a dois átomos de Hidrogénio.
Então, COMO FAZ QUATRO LIGAÇÕES e todas iguais?
1. Supõe-se um rearranjo das orbitais atómicas 2s e 2p de tal
modo que os electrões de valência do átomo de carbono se
distribuem igualmente por essas quatro orbitais.
2. Essas orbitais chamam-se orbitais atómicas híbridas sp
3. Neste caso chamam-se orbitais híbridas sp3 porque resultaram
da combinação de uma orbital atómica s e três orbitais
atómicas p.
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As moléculas de metano – CH4
A configuração electrónica do carbono será então
1s2 2sp31 2sp31 2sp31 2sp31
Em notação de Lewis, a estrutura do átomo de carbono passa a ser:
1s2 2sp31 2sp31 2sp31 2sp31
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As moléculas de metano – CH4
De novo, temos um octeto de electrões em volta do
átomo central, o átomo de carbono.
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As moléculas de dióxido carbono – CO2
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As moléculas de dióxido carbono – CO2
Em notação de Lewis:
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Geometria Espacial de alguma Moléculas
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Ângulo de ligação
Os átomos, nas moléculas, não estão em repouso:
movem-se em torno de posições de equilíbrio devido aos
diferentes modos de vibração dos átomos nas moléculas.
Os parâmetros de ligação referem-se a valores médios.
Um deles, o comprimento de ligação, varia de instante para
instante, em torno de um valor médio, devido a vibrações que
fazem variar a distância entre os átomos.
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Ângulo de ligação
Vibrações de distensão
o comprimento de ligação,
varia de instante para instante
Vibrações de flexão
Um outro parâmetro de ligação que muda
de instante para instante, em torno de um
valor médio, é o ângulo de ligação.
Chama-se ângulo de ligação ao ângulo de equilíbrio (valor
médio) formado pelas direcções entre as ligações covalentes de
um determinado átomo com outros dois átomos a ele ligados.
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Geometria do metano
A geometria ou forma espacial de uma molécula é que
torna mínima a sua energia, minimizando as
repulsões eléctricas existentes.
• As repulsões mais significativas verificam-se entre os pares
electrónicos da camada de valência, sejam eles partilhados ou
não, existentes em torno do átomo central.
• Admite-se que a repulsão entre pares electrónicos nãoligantes seja superior à repulsão entre um par electrónico
ligante e um não-ligante, e que esta, por sua vez, seja
superior à repulsão entre dois pares electrónicos ligante.
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Geometria do metano
A forma espacial, na molécula de metano, que minimiza essas
repulsões é taI que os pares electrónicos em cada uma das
ligações C-H apontam para os vértices de um tetraedro.
109,5º
A forma da molécula de metano é um tetraedro, em que o átomo de
carbono ocupa o centro e os átomos de hidrogénio os vértices.
GEOMETRIA TETRAEDRICA
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Geometria do amoníaco
Estes quatro pares electrónicos também se
dispõem segundo os vértices de um
tetraedro.
107º
A disposição espacial dos átomos assume a forma
de uma pirâmide trigonal.
GEOMETRIA PIRAMIDAL
TRIGONAL
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Geometria da água
104,5º
Existem quatro pares electrónicos em volta do átomo central, o de
oxigénio, sendo dois pares electrónicos ligantes e outros dois nãoligantes, apontados segundo os vértices de um tetraedro.
Como resultado, os átomos da molécula de água dispõem-se
numa GEOMETRIA
ANGULAR.
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Geometria do dióxido de carbono
A geometria que torna mínimas as repulsões
dos pares electrónicos em forma de átomo
central é a GEOMETRIA LINEAR
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Trihidreto de boro
Três pares electrónicos em volta do átomo
central, não seguem a regra do octeto
O ângulo de ligação será de 120", o que
corresponde a uma geometria espacial
triangular plana
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