QUÍMICA ORGÂNICA
LIGAÇÕES QUÍMICAS
GEOMETRIA MOLECULAR
HIBRIDIZAÇÃO
1
Geometria molecular
• O arranjo tri-dimensional dos átomos em
uma molécula → geometria molecular
• A teoria da repulsão dos pares de elétrons
(ligantes e não-ligantes) procura explicar o
arranjo dos átomos numa molécula.
2
Teoria da repulsão dos elétrons
• Electrons são cargas carregadas negativamente,
portanto se repelem mutuamente.
• Os elétrons ocuparão posições tais que minimizem os
efeitos de suas repulsões (ocupando regiões o mais
afastado possível uns dos outros).
• Num átomo os elétrons ocupam determinados
espaços chamados orbitais (máximo 2e num orbital).
• Tipos de orbitais mais comuns: orbitais s ; p ;
3
REVENDO O ORBITAL s
FORMA DOS ORBITAIS
z
y
x
orbital s
4
REVENDO OS 3 ORBITAIS p
z
FORMAS DOS ORBITAIS
y
x
pz orbital
px orbital
py orbital
5
Exemplo da geometria de uma molécula
com mais de um átomo central
• Observa-se que um dos carbonos da molécula é
tetraédrico e o outro é trigonal plano (explicação
fica para após o conceito de hibridação).
6
Momento dipolar
• A molécula de HF tem uma ligação polar –
uma separação de cargas devido a diferença
de eletronegatividade existente entre o F e o
H.
• A forma da molécula e a grandeza do dipolo
explicam a polaridade total da molécula.
δ+H-Fδ−
7
Momento dipolar e geometria
•
•
•
Moléculas diatômicas homonucleares → não
apresentam momento dipolar (O2, F2, Cl2, etc)
Moléculas triatômicas ou maiores ( dependem
do efeito resultante de todas ligações polares
existentes na molécula).
Em moléculas como CCl4 (tetraédricas) BF3
(trigonal planar) todos vetores das ligações
polares individuais se cancelam ⇒ resultando
em nenhum momento dipolar(zero).
8
O momento dipolar depende da
geometria da molécula
9
Mais exemplos polaridade e geometria
10
Ligações covalentes
• Resultam da sobreposição dos orbitais
atômicos dos átomos que participam da
ligação.
• Os átomos compartilham o par eletrônico
existente na ligação.
• A ligação covalente pode ser polar ou
apolar.
• Podem ser do tipo sigma ou pi.
11
A molécula de H2
• Observa-se uma ligação covalente simples
resultante da sobreposição de um orbital 1s
de cada um dos átomos de hidrogênio.
• Observa-se que a ligação tem uma simetria
cilíndrica sobre o eixo que une o centro dos dois
átomos. Isto é conhecido como ligação σ.
• A ligação no H2 (H-H”) pode ser resumida em:
1s (H) – 1s(H”) ligação σ
12
A ligação covalente no H2
• Interpenetração de orbitais (ligação sigma s-s)
H
H
Região da sobreposição
13
A ligação no H2
• SIMETRIA CILÍNDRICA DA LIGAÇÃO SIGMA
H
H
14
22áátomos
tomos de
deHHseparados
separados
Cada átomo de H apresenta 1 eletron no orbital do subnível
1s. Este elétron encontra-se atraído pelo único próton
existente no núcleo do átomo de H.
15
In
ício da
ção do
Início
daforma
formação
doHH22
Os átomos de H se aproximam acontecendo a sobreposição
dos orbitais 1s. Cada elétron começa a sentir a força
atrativa de ambos prótons dos núcleos.
16
Liga
ção sigma
-s quase
Ligação
sigmass-s
quasecompleta
completano
noHH22
17
Mol
écula de
Molécula
de HH22 com
comseu
seuorbital
orbitalmolecular
molecular
Na molécula de H2 os dois orbitais atômicos 1 s dão origem
a um orbital molecular que engloba os dois elétrons
existentes na ligação covalente.
18
A molécula de Cl2
• Observa-se uma ligação simples originada
da união de dois orbitais 3p, cada um
pertencente a um dos átomos de cloro.
Cl
Resumo
Cl
3pz (Cl ) – 3pz (Cl”)ligação sigma
19
A ligação σ p-p
• Simetria cilíndrica
Cl
Cl
20
Uma Molécula Linear
A molécula de BeH2
Região da ligação
H
Be
H
21
22
GEOMETRIA DAS MOLÉCULAS
• Muitas propriedades (ex:reatividade) das
moléculas estão relacionados com sua forma.
• A forma é dependente do ângulo das ligações
e do comprimento das ligações.
• Utiliza-se o conceito de hibridização dos
átomos numa molécula para explicar a forma
dessa molécula.
23
Hibridização de orbitais atômicos
• É a mistura de orbitais pertencentes a um mesmo
átomo, originando novos orbitais iguais entre si,
mas diferentes dos orbitais originais.
• A diferença destes novos orbitais atômicos,
denominados orbitais híbridos, acontece tanto na
geometria(forma) como no conteúdo energético.
• O número dos orbitais híbridos obtidos será o
mesmo dos orbitais existentes antes de serem
misturados.
24
ORBITAIS ANTES DA
HIBRIDAÇÃO
x
hibridização
s orbital
z
px orbital
y
pz orbital
py orbital
25
ORBITAIS APÓS
HIBRIDAÇÃO (sp3)
z
x
4 x sp3
orbitais híbridos
26
Hibridização
3
sp
• É a mistura de 3 orbitais p “puros” com um
orbital s “puro”, formando 4 novos orbitais
“híbridos” denominados sp3.
• A geometria dos 4 orbitais sp3 é tetraédrica (os 4
orbitais partem do centro do tetraédro e dirigemse, cada um, para um dos vértices do tetraédro).
• O ângulo entre os orbitais sp3 será de aprox.109°
• Acontece no C que se liga através de 4 ligações
simples ( o C é tetravalente).
27
A formação dos híbridos
3
sp
28
Exemplo de hibridação
3
sp CH4
• No CH4, os 4 orbitais híbridos sp3 do C se
ligam com os orbitais s de 4 átomos de H,
formando 4 ligações sigma C-H
[sp3 (C) – 1s (H) ] x 4
ligação σ
29
.
.
C. .
O carbono possui 4 elétrons de valência 2s22p2
O carbono é tetravalente.
O carbono pode formar ligações simples, duplas e
triplas.
O carbono pode apresentar orbitais híbridos do tipo
sp, sp2 e sp3
30
2p
hibridação
2s
sp3
31
H
H
H
H
32
Fórmula molecular do metano: CH4
H
Fórmula estrutural do metano: H
C
H
H
Lembrando, 4 ligações simples sp3 ( 4 orbitais híbridos).
Hidrogênio possui 1s orbital não hibridizado.
33
Metano
34
FORMA DAS MOLÉCULAS
sp3 - tetraédrica
H
C
H
H
H
sp3
N
H
H
O
H
sp3
H
H
sp3
35
FORMA DAS MOLÉCULAS
esta ligação está se
afastando de você
H
C
H
H
H
esta ligação está indo em sua direção
36
MOLÉCULA DO CH4
37
38
A molécula de CH4
39
Hibridização
2
sp
• É a mistura de um orbital s com dois orbitais p
(pertencentes a um mesmo átomo), resultando em
3 novos orbitais denominados híbridos sp2.
• Os três orbitais híbridos sp2 situam-se num mesmo
plano formando ângulos de 120° entre si
(geometria plana triangular).
• Acontece com C que possua uma dupla ligação.
• Num C do tipo sp2 existirá um orbital p “puro”
que será responsável pela ligação covalente do
tipo pi.
40
HIBRIDIZAÇÃO DO CARBONO sp2
Etileno
H
C
C
H
H
H
Cada carbono é hibrido sp2 . O hidrogênio é 1s.
Uma ligação da dupla é sp2 - sp2. A outra é p - p.
2p
2p
hibridação
2s
sp2
41
C
C
Observe que a dupla ligação consiste numa ligação
do tipo σ e outra do tipo π.
42
H
H
C C
H
H
H
H
C
H
C
H
43
Exemplo de hibridação sp2 H2C=CH2
• Molécula de eteno (etileno).
• Os dois átomos de C encontram-se ligados
por uma dupla ligação Uma ligação sigma
sp2-sp2 e uma ligação pi).
• Cada átomo de C encontra-se ligado a dois
átomos de H (duas ligações sigma s-sp2).
44
A Molécula de C2H4
45
Os ângulos de ligações no C2H4
• Como os átomos centrais são dois carbonos
de hibridação sp2 o ângulo entre as ligações
sigma será de ≈ 120°. observe que a ligação
π é perpendicular ao plano que contém a
molécula.
• C com uma dupla ligação hibridação sp2
Numa dupla ligação → uma ligação σ e uma ligação π
46
HIBRIDIZAÇÃO sp2
sp2 - trigonal planar
π ligação
H
H
C
H
H
C
H
C
H
eteno
(etileno)
H
H
C
120°
C
H
H
H
C
H
σ ligação
47
FORMA DA MOLÉCULA
sp2 - trigonal planar
C
C π ligação
H
σ ligação
H
C
orbital p vazio
H
C
H
48
49
50
OUTRAS MOLÉCULAS PLANAS
TRIGONAIS
hibridação sp2 geometria trigonal planar
H
H
C O
H
H
H
C N
H
H
H
H
H
H
neste exemplo, cada
carbono é sp2
51
Hibridação sp
• É a mistura de um orbital s com 1 orbital p,
produzindo dois novos orbitais denominados
híbridos sp.
• Os orbitais híbridos sp formam um ângulo de 180°
entre si.
• A geometria molecular será linear.
• Surge em C com duas duplas ou C com uma tripla
ligação.
• Numa tripla ligação ter-se-á uma ligação sigma e
duas pi.
52
Etino (Acetileno)
53
Exemplo de hibridação sp C2H2
• Etino (acetileno)
• Em torno dos átomos de C existem dois orbitais híbridos sp
e dois orbitais p “puros”.
• Os dois orbitais híbridos se ligarão através de ligações
sigma s-sp (H-C) e sigma sp-sp(C-C).
• Os dois orbitais p de cada carbono se ligarão produzindo
duas ligações pi entre os carbonos (resultando numa tripla
ligação entre os dois carbonos).
• Liga tripla → uma ligação σ e duas ligações π
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Fórmula estrutural do acetileno
H C
C
H
Cada átomo de carbono é um híbrido sp.
Os hidrogênios possuem orbitais 1s, não hibridizados.
2p
2p
hibridação
2s
sp
Observe que a tripla ligação consiste de uma σ e 2π .
As duas ligações π provem dos orbitais p, não hibridizados.
55
H C C H
H
C
C
H
56
A Molécula de C2H2
57
Tipos de ligações no C2H2
• No acetileno existem 3 tipos de ligações:
ligações sigma s-sp; ligação sigma sp-sp;
ligações pi
[sp (C 1 ) – 1s (H) ] x 2
tipo σ
[sp (C 1 ) – sp (C 2 ) ]
tipo σ
[2py (C 1 ) – 2py (C 2 ) ]
tipo π
[2pz (C 1 ) – 2pz (C 2 ) ]
tipo π
58
ISTO É TUDO, PESSOAL !!
59