Química Orgânica I Ligação Química e Estudo do Átomo de Carbono Aula 1 Profa. Alceni Augusta Werle Profa Tânia Márcia Sacramento Melo 1- CONSTITUIÇÃO DO ÁTOMO Cada átomo contém o mesmo número de prótons e elétrons e, por consequência, é eletricamente neutro. A massa do elétron é desprezível, comparada às massas dos prótons e nêutrons. Os elétrons têm um papel predominante sobre as propriedades 2 químicas e físicas dos elementos e compostos. 2- ORBITAIS ATÔMICOS O orbital é a região do espaço onde é mais provável encontrar um elétron. • Os orbitais atômicos são designados pelas letras s, p, d e f. • O orbital s é esférico. 3 • O orbital p tem forma de alteres distribuídos sobre os três eixos cartesianos (x, y, z). Plano nodal Orbital atômico 2p Plano nodal Orbital atômico 2p Orbital atômico 2p gerado por computador 4 • O orbital atômico mais perto do núcleo tem a menor energia. • Os orbitais p têm energia mais alta que o orbital 2s estão mais distantes do núcleo. • Orbitais degenerados têm a mesma energia. 5 Os orbitais atômicos se localizam sobre diversos níveis de energia ou camadas, que são designados por números (1 a 7). 6 3- LIGAÇÕES QUÍMICAS • Os átomos, apesar da neutralidade elétrica, são espécies instáveis e reativas. Eles tendem a se combinar, de modo que a sua camada de valência (a mais externa) passe a conter oito elétrons (“configuração de gás nobre”). • Elétrons mais internos elétrons do cerne. • Elétrons da camada mais externa (última camada) elétrons de valência. • Elétrons de valência e de reações orgânicas. participam de ligações químicas 7 3.1- Ligação iônica A ligação iônica ( ou eletrovalente) envolve a completa transferência de elétrons entre espécies com eletronegatividades distintas. ÍONS 8 Eletronegatividade de alguns elementos 9 • Exemplos do fenômeno da ligação iônica são mostrados a seguir, ilustrando a molécula de fluoreto de lítio e cloreto de sódio. Li + F Li+ + F− 10 3.2- LIGAÇÃO COVALENTE A ligação covalente ocorre com elementos que apresentam a mesma ou similar eletronegatividade e envolve o compartilhamento de elétrons entre eles. • Ligações covalentes - resultam da combinação de orbitais atômicos para formar os orbitais moleculares. H + H H..H + 435kJ/mol 11 • Ligação sigma (σ): formada pela sobreposição de dois orbitais s. • Força de ligação: energia requerida para quebrar uma ligação ou energia liberada para formar uma ligação. 12 Força da ligação = energia de dissociação da ligação 13 Outros exemplos: Cl2, CH4 , NH3, CCl4, H2O Em todos esses casos, as espécies envolvidas possuem 8 elétrons no último nível ocupado. Cl – 7 elétrons no último nível – compartilha somente 1 elétron. O – 6 elétrons no último nível – compartilha dois elétrons. N – 5 elétrons no último nível – compartilha 3 elétrons. 14 O par de elétrons compartilhado é representado por um traço, por isso as substâncias acima são representadas da seguinte forma: H Cl Cl C Cl H N H Cl 15 4 – Estudo do átomo de carbono O carbono, um dos elementos mais abundantes na natureza, pertence ao Grupo IV A e possui número atômico 6 e massa atômica 12,011. 4.1 - Configuração eletrônica do átomo de carbono Distribuição eletrônica 16 - O carbono não libera nem aceita elétrons prontamente. - O carbono compartilha elétrons com outros átomos de carbono bem como com diferentes tipos de átomos. 4.2 - Hibridização dos orbitais do átomo de carbono Hibridização de orbitais valência. mistura de orbitais do nível de • No carbono, a hibridização significa a “mistura” entre orbital s e orbitais p. Como, no estado excitado do carbono, temos 1 orbital s e três orbitais p que podem hibridizar-se. 17 Hibridização sp3 4 orbitais híbridos 2sp3 18 • Entre os três orbitais híbridos teremos um ângulo de 109,5º. Ex. Formação do metano Geometria tetraédrica 4 ligações covalentes do tipo sigma (σ) 19 Hibridização sp2 3 orbitais híbridos 2sp2 Geometria trigonal plana 20 Exemplo: Formação da molécula do eteno (ligação dupla) • Uma ligação dupla consiste de: 1 ligação sigma (σ) + 1 ligação pi (π). •Ligação pi (π) é mais fraca que a ligação sigma (σ). 21 Hibridização sp 2 orbitais híbridos 2sp Geometria linear 22 Exemplo: Formação do etino (ligação tripla) • Uma ligação tripla consiste de: 1 ligação sigma (σ) + 2 ligações pi (π). 23 4.3 - Propriedades do átomo de carbono em função do tipo de hibridização • Como em cada tipo de carbono híbrido o percentual de caráter s difere, teremos diferenças significativas nas suas propriedades. sp3 ⇒ 25 % de caráter s e 75 % de caráter p sp2 ⇒ 33,3 % de caráter s e 66,6 % de caráter p sp ⇒ 50 % de caráter s e 50 % de caráter p • orbital s está mais próximo do núcleo em relação ao orbital p • quanto maior o percentual eletronegatividade do carbono. de caráter s, maior sp3 < sp2 < sp 24 • Efeitos da diferença de eletronegatividade Na ligação: • quanto maior a eletronegatividade do carbono, menor é o comprimento de ligação, inclusive na ligação C – H. C sp3 – C sp3 = 1,54 Aº C sp2 – C sp2 = 1,34 Aº C sp – C sp = 1,20 Aº C sp3 – H = 1,10 Aº C sp2 – H = 1,09 Aº C sp – H = 1,06 Aº 25 Na geometria molecular 26 Nas propriedades físicas: • o ponto de ebulição aumenta na ordem: C sp3 (alcanos) ; C sp2 (alcenos) ; C sp (alcinos) 27 4 – Bibliografia • SOLOMONS, G.; FRYHLE, C. Química Orgânica, vol. 1, 7 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2001. • BRUICE, P. Química Orgânica, vol.1, 4 ed. São Paulo, Pearson, 2006. • VOLLHARDT, K. P. Química orgânica, 4ª ed. (2004) 28