Teoria da Ligação Química
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Moléculas poliatómicas
Considere-se a molécula H2O
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Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
As ligações nesta molécula seriam explicadas com base na coalescência de duas orbitais p do átomo de
oxigénio com orbitais 1s dos átomos de hidrogénio.
O que está errado nesta descrição?
De facto, o ângulo que se obtém entre as duas ligações σ é de 90 ºC enquanto o valor experimental é
104 º
O mesmo problema ocorre para o caso do NH3. Dado que as ligações são feitas com as orbitais p do N,
o ângulo entre elas é de 90º, enquanto que o valor experimental é de 107º.
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Considere-se o átomo de carbono. No estado fundamental a configuração é 1s2 2s2 2px1 2py1
Com esta configuração seria de esperar que a molécula mais simples formada por C e H fosse CH2...
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Já é possível explicar a ligação química na molécula CH ?
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Para o carbono ser tetravalente é necessário “promover” um
2pz (implica dispêndio de energia).
electrão da orbital 2s para a orbital
4
(ângulo exp. de 109º 28’)
Para explicar a formação de ligações químicas cujos ângulos não são os previstos pelo uso de orbitais
atómicas puras, a TEV usa o conceito de hibridação.
A hibridação consiste na mistura ou combinação linear de um certo numero de orbitais atómicas
“puras” de modo a obter um número igual de orbitais híbridas com propriedades direccionais
diferentes das de cada uma das orbitais “puras” usadas na combinações.
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A orbital híbrida mais simples do ponto de vista matemático é a orbital sp:
ψsp= aψs + bψp
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€
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€
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1
Second
ψ =
ψ )
(ψ +level
2
1
Third
ψ = level
(ψ − ψ )
2
Fourth level
Fifth level
Aplicando a condição de normação, as duas orbitais sp vêm:
sp1
s
px
sp 2
s
px
Estas orbitais apresentam uma geometria linear
16
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Existem outras possibilidades de combinar as orbitais “puras” s e p:
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1
2
ψ =
ψ + ψ
3
3
Second level
1
1
1
ψ =
ψ −
ψ +
ψ
3
6
2
€
Third
level
1
1
1
ψ =
ψ −
ψ −
ψ
3
6
2
Fourth
level
€
Fifth
level
€
Hibridação sp2:
Geometria trigonal plana
1
s
px
2
s
px
py
3
s
px
py
17
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Hibridação sp3:
Geometria tetraédrica
1
(ψ s − ψ px − ψ py − ψ pz )
2
1
ψ 2 = (ψ s − ψ p x + ψ p y + ψ p z )
2
ψ1 =
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1
€
ψ
=
(ψ + ψ − ψ + ψ )
Second level
2
€
1
ψ = (ψ + ψ + ψ − ψ )
Third level
2
€
Fourth
level
€
Fifth level
3
s
px
py
pz
4
s
px
py
pz
São possíveis também hibridações com orbitais d:
Número de orbitais
atómicas
2
3
4
5
6
Tipo de hibridação
sp
sp2
sp3
dsp3
d2sp3
Número de orbitais
híbridas
2
3
4
5
6
geometria
linear
Trigonal plana
Tetraédrica
Bipirâmide trigonal
Octaédrica
18
18
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Descrever a ligação química na molécula CH4 é agora mais simples:
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Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
Um tratamento semelhante pode ser feito para as moléculas H2O e NH3 tendo em atenção que os
coeficientes a usar nas combinações lineares devem ter em conta o ângulo entre as ligações, ou seja,
as orbitais híbridas obtidas devem devem estar de acordo com a geometria observada
experimentalmente.
A percentagem de carácter s e p pode variar de acordo com o ângulo das ligações :
CH4
Orbitais que fazem a ligação
Orbitais não ligantes
25% s, 75% p
NH3
23% s, 77% p
31% s, 69% p
19
Chemical Structure and Bonding, R. L. DeKock, H. B.19
Gray,
University Science Books, Sausalito, California,1989.
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Ligações multiplas
Considere-se a molécula de eteno:
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H
H
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styles
C C
H
H
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
A estrutura de Lewis prevê a existência de uma
ligação dupla entre os dois átomos de carbono:
Neste composto, as ligações à volta do átomo de carbono estão dispostas numa geometria trigonal
plana, pelo que a hibridação das orbitais a considerar será sp2. Forma-se uma ligação π pela coalescência
lateral das duas orbitais p que não participam na hibridação.
20
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No caso do etino a estrutura de Lewis é
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H
C
C
H
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Third level
Fourth level
Fifth level
Como a disposição das ligações é linear deve ser considerada a hibridação sp. As orbitais p que não
participam na hibridação formam duas ligações π.
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Outras moléculas
BeCl2
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~750 ºC
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Third level
Fourth level
Fifth level
<750 ºC
Ligação covalente dativa ou ligação coordenada
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Cloreto de Berílio sólido
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BH
•  Fifth level
3
(hipotética)
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B2H6
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Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
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BX3
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Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
25
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Benzeno
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Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
26
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Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
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