QB70D:// Química (Turmas S15/S16) Ligações Químicas

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Eliana Pacheco Cipriano
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1 QB70D:// Química (Turmas S15/S16) Ligações Químicas Prof. Dr. Eduard Westphal (

2 Estrutura de Lewis É muito importante saber desenhar estruturas de Lewis para moléculas mais complexas Estrutura de Lewis não gera informações da forma da molécula Para desenhar estruturas de Lewis: 1) Contar o número de elétrons de valência (EV) da molécula: EV = n o de elétrons de valência de todos os átomos isolados - carga da molécula Ex: SO 4 2- NH 4 + 2) Desenhar o esqueleto básico da molécula unindo os átomos por ligações simples: Átomo que só fazem 1 ligação (ex: H e F) ficam nas posições terminais; Elementos com baixa energia de ionização tendem a ser o átomo central; Opte pela simetria); 3) Completar o número de elétrons de valência com pares isolados nos átomos, completando seus octetos; 4) Caso algum dos átomos não complete o octeto, pares isolados viram ligações múltiplas. 5) Calcular a carga formal (CF) para cada átomo (a soma das CF deve ser igual a carga da molécula) CF = n o e - valência do átomo - (n o e - isolados + ½ n o e - de ligações)

3 Exercício Desenhe a estrutura de Lewis para as seguintes moléculas: CH 3 OH, CH 2 O, BH 3, NH 4 +

4 Exercício Desenhe a estrutura de Lewis para as seguintes moléculas: CH 3 OH, CH 2 O, BH 3, NH 4 +

5 Exercício Desenhe a estrutura de Lewis para as seguintes moléculas: CH 3 OH, CH 2 O, BH 3, NH 4 +

6 Exercício Desenhe a estrutura de Lewis para o íon acetato (CH 3 CO 2- ) Qual é a estrutura real?

Densidade eletrônica igualmente distribuída Uma única estrutura de Lewis não

7 Qual é a estrutura correta? Medidas experimentais (e teóricas) demostram que: Mesmo tamanho de ligação Densidade eletrônica igualmente distribuída Uma única estrutura de Lewis não consegue descrever corretamente a estrutura real A estrutura real é uma mistura das 2 estruturas de Lewis UM HIBRIDO DE RESSONÂNCIA

8 Ressonância Quando duas ou mais estruturas de Lewis puderem ser escritas para a mesma molécula, e as estruturas diferirem apenas na distribuição dos elétrons, nenhuma estrutura de Lewis sozinha será suficiente para descrever sua verdadeira distribuição de elétrons. Verdadeira estrutura: híbrido de ressonância Várias estruturas: estruturas contribuintes Elas diferem entre si apenas na localização dos seus elétrons não-ligante ou elétrons ; As formas de ressonância de uma substância não têm que ser equivalentes; As estruturas de Lewis devem ser válidas e obedecer às regras de valência

9 Carga Formal Qual a estrutura de Lewis para o CO 2? A carga formal pode dar indícios de qual estrutura é a mais provável de ser a estrutura real Carga formal = n o e - valência do átomo - (n o e - isolados + ½ n o e - de ligações)

Isto ocorre com não-metais do terceiro período em diante, pois eles são grandes e têm orbitais d que podem acomodar estes elétrons extras nos orbitais do subnível (n-1)d.

10 Radicais Exceções a regra do octeto Espécies que contêm número ímpar de elétrons (um dos átomos tem um e - desemparelhado). Expansão da camada de valência Quando o átomo central da molécula tem 10, 12 ou até mais ē em sua camada de valência. Isto ocorre com não-metais do terceiro período em diante, pois eles são grandes e têm orbitais d que podem acomodar estes elétrons extras nos orbitais do subnível (n-1)d. P = 5 ē na camada de valência S = 6 ē na camada de valência Cl Cl P Cl Cl Cl F F F S F F F F F B F Família 13: octeto incompleto Elementos que se estabilizam com menos de 8 elétrons na sua camada de valência. Os átomos da família do boro (B) têm três elétrons de valência e formam espécies nas quais ficam com 6 elétrons de valência. Cloreto de Alumínio

11 Moléculas Diatômicas A geometria de uma molécula determina enormemente as propriedades físicas e químicas de uma substância!!! A geometria apresentada pelas moléculas constituídas por 2 átomos (diatômicas) serão sempre lineares. H Cl

12 Por quê CO 2 é linear enquanto SO 2 é curvado? Geometria explica a solubilidade de substâncias Geometria explica o ponto de fusão e de ebulição e substâncias Explica interação de enzimas como substratos Moléculas Poliatômicas A geometria de uma molécula determina enormemente as propriedades físicas e químicas de uma substância!!! As moléculas poliatômicas apresentam geometria variada.

13 Moléculas Poliatômicas A geometria de uma molécula determina enormemente as propriedades físicas e químicas de uma substância!!! As estruturas de Lewis são representações apenas em duas dimensões das ligações dos átomos 3 modelos/teorias disponíveis: VSEPR - Valence Shell Electron Pair Repulsion RPECV - Repulsão dos Pares de Elétrons da Camada de Valência Teoria da Ligação de Valência (TLV) Teoria do Orbital Molecular (TOM)

14 Modelo VSEPR ALGUMAS DAS POSSÍVEIS ESTRUTURAS PREVISTAS Linear Angular Trigonal planar Pirâmide trigonal Em T Tetraedro Gangorra Quadrado planar Bipirâmide trigonal Pirâmide quadrada Octaedro Bipirâmide pentagonal

O modelo prevê que: As regiões de altas concentrações de

repelem e, para reduzir essa repulsão, elas tendem a se

15 O modelo prevê que: As regiões de altas concentrações de elétrons (ligações e pares isolados do átomo central) se repelem e, para reduzir essa repulsão, elas tendem a se afastar o máximo possível, mantendo a mesma distância do átomo central. Estruturas Básicas Modelo VSEPR Linear Trigonal plana Tetraedro Bipirâmide trigonal Octaedro Bipirâmide pentagonal

16 Modelo VSEPR A geometria de moléculas poliatômicas depende do número de regiões de densidade eletrônica ao redor do átomo central. Geometria de moléculas poliatômicas pelo modelo RPECV: 1. Fazer a estrutura de Lewis. 2. Determinar o n o de regiões de densidade eletrônica (NE) ao redor do átomo central. NE = (n de ligações) + (n de pares de elétrons não ligantes) Ligações simples, duplas e triplas entre dois átomos contam apenas como 1 ligação 3. O NE do átomo central determina a geometria do arranjo eletrônico: (maior distânica possível entre as regiões de densidade eletrônica - VSEPR). 4. Para determinar a geometria da molécula, considere apenas as ligações (Os átomos ligados).

as posições dos átomos (ligações) são consideradas na

17 Modelo VSEPR Não existe distinção entre ligações simples ou múltiplas CH 2 O Trigonal plana SO 2 Trigonal plana Apenas as posições dos átomos (ligações) são consideradas na descrição da geometria de uma molécula (pares de elétrons são omitidos)

18 Exercício: Prevejam a geometria da amônia (NH 3 ) 1) estrutura de Lewis 2) contar regiões de densidade eletrônica 3) Arranjo de menor repulsão geometria molecular 4) Visualizar apenas os átomos ligados Modelo VSEPR Tetraedro

19 Modelo VSEPR IMPORTANTE!!!! A repulsão é exercida na ordem par isolado-par isolado > par isolado-ligação > ligação-ligação Água (H 2 O) Metano (CH 4 ) Amônia (NH 3 ) 104 º

20 PCl 5 pentacloreto de fósforo Modelo VSEPR NE = 5 ClF 3 trifluoreto de cloro E agora??? Bipirâmide trigonal SF 4 tetrafluoreto de enxofre Onde fica o par de elétrons??? A repulsão eletrônica diminui significativamente com o aumento da distância!!!

21 Ácido Acético Tetraédrica Trigonal Plana Angular

Voltando ao momento de dipolo... JÁ VIMOS QUE.

vetorial dos momentos de dipolo de todas as ligações.

Os átomos atraem o par eletrônico compartilhado com a mesma intensidade.

22 Voltando ao momento de dipolo... JÁ VIMOS QUE... Sendo o momento de dipolo uma grandeza vetorial ( ), a polaridade da molécula é a soma vetorial dos momentos de dipolo de todas as ligações. Se a resultante for nula, a molécula é apolar. Os átomos atraem o par eletrônico compartilhado com a mesma intensidade. Ex: H 2, Cl 2, F 2, O 2, N 2, CH 4, PH 3, BH 3 Se a resultante for não nula, a molécula é polar. O átomo de maior intensidade atrai o par eletrônico compartilhado com maior intensidade. Ex: HCl, H 2 O, HF, NH 3. Quanto mais polar uma ligação, maior seu momento de dipolo.

23 Momento de Dipolo em Moléculas Poliatômicas Uma molécula poliatômica com ligações polares pode ser polar ou apolar, dependendo de sua geometria. Exemplo: dióxido de carbono (CO 2 ) - molécula não polar (ou apolar) As duas ligações C-O são polares (O é mais eletronegativo do que o C), mas a molécula é não polar. Isto porque sua geometria é linear. O deslocamento da carga elétrica para um átomo de oxigênio é compensado, exatamente, pelo deslocamento da carga elétrica para o outro.

24 Momento de Dipolo em Moléculas Poliatômicas Água (H 2 O) molécula polar Amônia (NH 3 ) molécula polar As duas ligações H-O são polares Como sua geometria é angular, resultante 0, a molécula é polar. OBS: os pares de elétrons isolados no oxigênio contribuem ainda mais para a polaridade da água: Metano (CH 4 ) molécula apolar =0 D

25 Exercício Coloque as moléculas CCl 4, CHCl 3, CH 2 Cl 2, CH 3 Cl em ordem decrescente de polaridade Polar Polar Polar Apolar

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