Ministério da Educação
Universidade Federal de Itajubá
Engenharia de Controle e Automação
Química Geral
GEOMETRIA MOLECULAR
E
TEORIAS DE LIGAÇÃO
Felipe Oliveira e Silva - 15764
Rafael Pereira Botelho - 15783
Professor: Élcio
Itajubá – Minas Gerais
2008
Geometria molecular e Teorias de ligação
INTRODUÇÃO
OBJETIVOS:
•Analisar os tipos de geometria molecular
•Entender a natureza das ligações covalentes
RESUMO:
•Formas espaciais moleculares
•Modelo RPENV
•Forma espacial molecular e polaridade molecular
•Ligação covalente e superposição de orbitais
•Orbitais Híbridos
•Ligações múltiplas
•Orbitais moleculares
Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho
Geometria molecular e Teorias de ligação
Formas espaciais
moleculares
•Significado:
São determinadas pelos ângulos de ligação
entre núcleos e pelo comprimento entre elas
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho
Geometria molecular e Teorias de ligação
Formas espaciais
moleculares
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho
Geometria molecular e Teorias de ligação
O modelo RPENV
•Significado:
Modelo da repulsão do par de elétrons no nível de
valência
•Domínio de elétrons:
Consiste em um par de elétrons não ligantes, uma
ligação simples ou uma ligação múltipla
•Definição:
A melhor disposição de determinado número de
domínios de elétrons, é a que minimiza as repulsões
entre eles
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho
Geometria molecular e Teorias de ligação
O modelo RPENV
•Geometria molecular:
É a distribuição dos átomos no espaço
•Arranjo molecular:
É a distribuição dos domínios de elétrons ao redor
do átomo central
•Tipos de arranjos moleculares:
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho
Geometria molecular e Teorias de ligação
O modelo RPENV
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho
Geometria molecular e Teorias de ligação
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho
Geometria molecular e Teorias de ligação
O modelo RPENV
•Procedimentos para determinação da geometria
molecular usando o modelo RPENV:
1. Desenhe a estrutura de Lewis da molécula ou íon e
conte o número total de domínios de elétrons ao redor do
átomo central
2. Determine o arranjo do número total de domínios
de tal forma que as repulsões entre eles seja minimizada
3. Use a distribuição dos átomos ligados para
determinar a geometria molecular
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho
Geometria molecular e Teorias de ligação
O modelo RPENV
•Procedimentos para determinação da geometria
molecular usando o modelo RPENV:
1. Desenhe a estrutura de Lewis da molécula ou íon e
conte o número total de domínios de elétrons ao redor do
átomo central
2. Determine o arranjo o número total de domínios
de tal forma que as repulsões entre eles seja minimizada
3. Use a distribuição dos átomos ligados para
determinar a geometria molecular
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho
Geometria molecular e Teorias de ligação
O modelo RPENV
•Procedimentos para determinação da geometria
molecular usando o modelo RPENV:
1. Desenhe a estrutura de Lewis da molécula ou íon e
conte o número total de domínios de elétrons ao redor do
átomo central
2. Determine o arranjo o número total de domínios
de tal forma que as repulsões entre eles seja minimizada
3. Use a distribuição dos átomos ligados para
determinar a geometria molecular
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho
Geometria molecular e Teorias de ligação
O modelo RPENV
•Exemplo:
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Geometria molecular e Teorias de ligação
O modelo RPENV
•Efeitos dos elétrons não
ligantes e ligações múltiplas
nos ângulos de ligação:
Os domínios de elétrons
para pares não ligantes exercem
forças repulsivas maiores nos
domínios de elétrons adjacentes,
e portanto tendem a comprimir os
ângulos de ligação
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Geometria molecular e Teorias de ligação
O modelo RPENV
•Moléculas com níveis de valência expandidos
•5 domínios de elétrons:
Arranjo mais estável:
Bipiramidal trigonal
•6 domínios de elétrons:
Arranjo mais estável:
Octaedro
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Geometria molecular e Teorias de ligação
O modelo RPENV
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Geometria molecular e Teorias de ligação
O modelo RPENV
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Geometria molecular e Teorias de ligação
O modelo RPENV
•Formas espaciais de
moléculas maiores
Podemos utilizar o modelo
RPENV para determinar suas
geometrias, bastando para
isso, a análise de cada átomo
central individualmente
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Geometria molecular e Teorias de ligação
Forma espacial molecular
e polaridade molecular
•Polaridade da ligação:
Mede quão igualmente os elétrons estão
compartilhados entre os dois átomos da ligação
Eletronegatividade ≠ Afinidade eletrônica
•Dipolo:
É estabelecido ao se separar duas cargas de sinais
contrários e de mesma magnitude
µ = Qd
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Geometria molecular e Teorias de ligação
Forma espacial molecular
e polaridade molecular
•Polaridade molecular:
Mede a densidade
eletrônica em uma
molécula e é dada
com base na soma
vetorial dos dipolos
de ligação
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Geometria molecular e Teorias de ligação
Forma espacial molecular
e polaridade molecular
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Geometria molecular e Teorias de ligação
Ligação covalente e
superposição de orbitais
•Teoria da ligação de valência:
Na teoria da ligação de valência, o acúmulo de
densidade eletrônica entre dois núcleos pode ser
considerado como o que ocorre quando um orbital
atômico de valência de um átomo se funde com o do
outro átomo. Diz-se então que os orbitais compartilham
uma região do espaço, ou superpõem-se. A superposição
de orbitais permite que dois elétrons de spins
contrários compartilhem um espaço comum entre os
núcleos, formando uma ligação covalente
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Geometria molecular e Teorias de ligação
Ligação covalente e
superposição de orbitais
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Geometria molecular e Teorias de ligação
Ligação covalente e
superposição de orbitais
Existe sempre uma distância ideal entre os dois
núcleos unidos em uma ligação covalente, sendo esta a
distância na qual as forças de atração entre cargas
diferentes (elétrons e núcleos) estão balanceadas pelas
forças repulsivas entre cargas semelhantes (elétronelétron e núcleo-núcleo)
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho
Geometria molecular e Teorias de ligação
Ligação covalente e
superposição de orbitais
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho
Geometria molecular e Teorias de ligação
•Definição:
Orbitais híbridos
São formados pela mistura de dois orbitais atômicos e
se diferenciam destes
Exemplo: BeF2
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Geometria molecular e Teorias de ligação
Orbitais híbridos
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Geometria molecular e Teorias de ligação
Orbitais híbridos
sp² (trigonal plana)
sp³ (tetraédrica)
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Geometria molecular e Teorias de ligação
Orbitais híbridos
sp3d (bipiramidal trigonal)
sp³ (tetraédrica)
sp3d2 (octaédrica)
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Ligações múltiplas
•Ligações sigma (σ):
Concentram a densidade eletrônica simetricamente ao
redor do eixo que une os núcleos
•Ligações pi (π):
Resultam da superposição entre dois orbitais p
posicionados perpendicularmente ao eixo
internuclear. São mais fracas que as ligações σ.
•Ligações
Simples: σ
Dupla: σ π
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
Tripla: σ π π
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Ligações múltiplas
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Ligações múltiplas
•Ligações π deslocalizadas:
Ocorrem em moléculas com ressonância
Exemplo: benzeno
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Ligações múltiplas
Cada Carbono ligante tem um orbital 2p não hibridizado
(perpendicular ao eixo). Estes seis orbitais superpõem-se
formando um orbital π que fica espalhado, deslocalizado,
ou seja, estendido por mais de dois átomos ligados.
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Geometria molecular e Teorias de ligação
Orbitais moleculares
•Teoria do orbital molecular:
Nesse modelo os elétrons existem em estados de
energia permitidos chamados de orbitais moleculares
(OMs). Esses orbitais podem estar espalhados entre
todos os átomos de uma molécula. Como um orbital
atômico, um orbital molecular tem energia definida e
pode acomodar dois elétrons de spin opostos.
•OM ligante: é por definição o de menor energia e
concentra densidade de carga na região entre os núcleos
•OM antiligante: é por definição o de menor
energia e exclui os elétrons da região entre os núcleos
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Geometria molecular e Teorias de ligação
Orbitais moleculares
As seguintes regras resumem a formação de OMs e como
eles são ocupados pelos elétrons:
•O número de OMs formados é igual ao número de
orbitais atômicos combinados
•Os orbitais atômicos se combinam mais
efetivamente com outros orbitais atômicos de energias
similares
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Geometria molecular e Teorias de ligação
Orbitais moleculares
•A eficiência com a qual dois orbitais atômicos se
combinam é proporcional à superposição entre eles, isto
é, à medida que a superposição aumenta, o OM ligante
diminui em energia e o OM antiligante aumenta
•Cada OM pode acomodar, no máximo, dois
elétrons, com seus spins emparelhados (princípio da
exclusão de Pauli)
•Quando os OMs de mesma região são ocupados,
um elétron entra em cada orbital (com o mesmo spin)
antes de ocorrer o emparelhamento (regra de Hund)
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Orbitais moleculares
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Orbitais moleculares
•Diagrama de níveis de energia:
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Orbitais moleculares
•Distribuição eletrônica:
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Orbitais moleculares
•Ordem de ligação:
A ordem de ligação é a metade da diferença
entre o número de elétrons ligantes e o número de
elétrons antiligantes. Uma ordem de ligação igual a 0
representa uma ligação inexistente; igual a 1, ligação
simples; igual a dois, ligação dupla; igual a três ligação
tripla. Ordens de ligação podem ser números
fracionários
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Orbitais moleculares
•Propriedades relacionadas:
•Influência magnética:
Substâncias paramagnéticas: sofrem
atração, devida aos seus elétrons desemparelhados
Substâncias diamagnéticos: sofrem
repulsão, devido à inexistência de elétrons
desemparelhados
•Distâncias de ligação
•Entalpias de ligação
Tópico: 1 2 3 4 5 6 7
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Geometria molecular e Teorias de ligação
Referências bibliográficas
•BROWN, Theodore L.; LEMAY, H. Eugene;
BURSTEN, Bruce E.; BURDGE, Julia R..
Geometria e teorias de ligação. In: Química:
A Ciência Central. 9ª Edição. São Paulo:
Pearson Prentice Hall, cap.9, p.289- 334
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