LIGAÇÃO QUÍMICA NO CARBONO GEOMETRIA MOLECULAR HIBRIDAÇÃO Maria da Conceição Paiva 1

Transcrição

1 LIGAÇÃO QUÍMICA NO CARBONO GEOMETRIA MOLECULAR IBRIDAÇÃO Maria da Conceição Paiva 1

2 Geometria molecular O arranjo tri-dimensional dos átomos numa molécula geometria molecular A teoria da repulsão dos pares de electrões (ligantes e anti-ligantes) procura explicar o arranjo dos átomos numa molécula Maria da Conceição Paiva 2

3 Teoria da repulsão electrónica Electrões são cargas negativas, repelem-se mutuamente. Os electrões ocupam posições espaciais de modo a minimizar o efeito das suas repulsões (de modo a ficar o mais afastados possível uns dos outros). Num átomo os electrões distribuem-se por espaços chamados orbitais (máximo de 2e numa orbital) Maria da Conceição Paiva 3

4 ORBITAL s Simetria esférica z y x ORBITAIS p z y x p z orbital p x orbital p y orbital Maria da Conceição Paiva 4

5 Momento dipolar A molécula de F tem uma ligação polar uma separação de cargas devido a diferença de eletronegatividade existente entre o F e o. A forma da molécula e a grandeza do dipolo explicam a polaridade total da molécula. δ+ -F δ Maria da Conceição Paiva 5

6 Momento dipolar e geometria Moléculas diatómicas homonucleares não apresentam momento dipolar (O 2, F 2, Cl 2, etc) Moléculas triatómicas ou maiores ( dependem do efeito resultante de todas ligações polares existentes na molécula) Maria da Conceição Paiva 6

7 O momento dipolar depende da geometria da molécula Maria da Conceição Paiva 7

8 Mais exemplos polaridade e geometria Maria da Conceição Paiva 8

9 Ligações covalentes Resultam da sobreposição das orbitais atómicas dos átomos que participam na ligação. Os átomos partilham o par de eletrões que forma a ligação. A ligação covalente pode ser polar ou apolar. Podem ser do tipo sigma (σ) ou pi (π), conforme a sua simetria Maria da Conceição Paiva 9

10 A molécula de 2 Caracterizada por uma ligação covalente simples resultante da sobreposição de duas orbitais 1s, uma de cada átomo de hidrogénio. A ligação tem uma simetria cilíndrica sobre o eixo que une o centro dos dois átomos - ligação σ. A ligação no 2 (-) pode ser resumida em: 1s () 1s() ligação σ Maria da Conceição Paiva 10

11 A ligação covalente no 2 A ligação sigma resulta da combinação de duas orbitais s Simetria cilíndrica da ligação sigma Maria da Conceição Paiva 11

12 2 átomos de de separados Cada átomo de apresenta 1 electrão na orbital 1s.. Este electrão sente a atracção do protão existente no núcleo do átomo de Maria da Conceição Paiva 12

13 Início da daformação do do 2 2 Quando dois átomos de se aproximam,, o electrão de cada átomo começa a sentir a força atrativa dos protões de ambos os núcleos Maria da Conceição Paiva 13

14 Molécula de de 2 com 2 com a sua suaorbital molecular Na molécula de 2 as duas orbitais atómicas 1s dão origem a uma orbital molecular que corresponde a uma região com igual probabilidade de encontrar qualquer um dos dois electrões que formam a ligação covalente Maria da Conceição Paiva 14

15 GEOMETRIA MOLÉCULAR Muitas propriedades (ex:reatividade) das moléculas estão relacionados com sua forma. A forma depende do ângulo das ligações e do comprimento das ligações. Utiliza-se o conceito de hibridação dos átomos numa molécula para explicar a forma dessa molécula Maria da Conceição Paiva 15

16 ibridação de orbitais atómicas É a combinação de orbitais atómicas de energia próxima e simetria diferente, originando novas orbitais, iguais entre si, mas diferentes das orbitais originais. As novas orbitais atómicas, denominadas orbitais híbridas, são diferentes em geometria (forma) e na sua energia. O número de orbitais híbridas obtidas é igual ao das orbitais de partida Maria da Conceição Paiva 16

17 ORBITAIS ANTES DA IBRIDAÇÃO ORBITAIS APÓS IBRIDAÇÃO (sp 3 ) z x x Orbital s z orbital p x y hibridação orbital p z orbital p y Maria da Conceição Paiva 17

18 ibridização sp 3 É a combinação de 3 orbitais p puras com uma orbital s pura, formando 4 novas orbitais híbridas denominadas sp 3. A geometria dos 4 orbitais sp 3 é tetraédrica (as 4 orbitais partem do centro do tetraedro e dirigem-se, cada uma, para um dos vértices do tetraedro). O ângulo entre as orbitais sp 3 é de aprox.109 Acontece no C, que possui 4 electrões de valência distribuídos por 1 orbital s e 3 p (p x, p y e p z ), que o levam a estabelecer no máximo 4 ligações simples (o C é tetravalente) Maria da Conceição Paiva 18

19 A formação das orbitais híbridas sp Maria da Conceição Paiva 19

20 .. C.. 2s 2p x 2p y 2p z O carbono possui 4 electrões de valência 2s 2 2p 2 (é tetravalente). O carbono pode formar ligações simples, duplas e triplas. O carbono pode apresentar orbitais híbridas do tipo sp, sp 2 e sp Maria da Conceição Paiva 20

21 2p hibridação sp 3 2s Maria da Conceição Paiva 21

22 Fórmula molecular do metano: C Maria da Conceição Paiva 22

23 FORMA DAS MOLÉCULAS sp 3 - tetraédrica C N O sp 3 sp 3 sp Maria da Conceição Paiva 23

24 Maria da Conceição Paiva 24

25 ibridação sp 2 É a combinação de uma orbital s com duas orbitais p (pertencentes ao mesmo átomo), resultando em 3 novas orbitais denominadas híbridas sp 2. As três orbitais híbridas sp 2 situam-se no mesmo plano formando ângulos de 120 entre si (geometria triangular plana). Explica a formação de ligações duplas no C. Num C do tipo sp 2 existirá uma orbital p pura que será responsável pela ligação covalente do tipo pi Maria da Conceição Paiva 25

26 IBRIDAÇÃO sp2 DO CARBONO Eteno (etileno) C C No etileno, cada carbono é hibrido sp 2. O hidrogénio é 1s. Uma das ligações C-C é sp 2 -sp 2. A outra é p - p. 2p 2p 2s hibridação sp Maria da Conceição Paiva 26

27 sp 2 1 orbital de simetria s e 3 orbitais de simetria p 3 orbitais de simetria sp e 1 orbital de simetria p C C No etileno, a ligação dupla é formada pela combinação de duas orbitais sp 2, uma de cada C, formando uma orbital molecular de simetria σ, e pela combinação de duas orbitais p, uma de cada C, formando uma orbital molecular do tipo π Maria da Conceição Paiva 27

28 A Molécula de C Maria da Conceição Paiva 28

29 Os ângulos de ligações no C 2 4 Como os átomos centrais são dois carbonos com hibridação sp 2 o ângulo entre as ligações sigma será de 120. A ligação π é perpendicular ao plano da molécula. C com uma dupla ligação hibridação sp 2 Numa ligação dupla uma ligação σ e uma ligação π Maria da Conceição Paiva 29

30 Maria da Conceição Paiva 30

31 OUTRAS MOLÉCULAS TRIANGULARES PLANAS hibridação sp 2 geometria triangular plana C O C N neste exemplo, cada carbono é sp Maria da Conceição Paiva 31

32 ibridação sp É a combinação de uma orbital s com 1 orbital p, formando duas novas orbitais denominadas híbridas sp. As orbitais híbridas sp formam um ângulo de 180 entre si. A geometria molecular é linear. Explica a formação de duas ligações duplas no C ou de uma ligação tripla. Numa ligação tripla formam-se uma ligação sigma e duas pi Maria da Conceição Paiva 32

33 Exemplo de hibridação sp C 2 2 Etino (acetileno) Em torno dos átomos de C formam-se duas orbitais híbridas sp e duas orbitais p puras. As duas orbitais híbridas do C formam uma orbital molecular de simetria sigma por combinação de uma s () e de uma sp (C) e outra também de simetria sigma por combinação de duas sp (C-C). As duas orbitais p de cada carbono combinam-se para formar duas ligações pi entre os carbonos (resultando numa ligação tripla entre os dois carbonos). Ligação tripla uma ligação σ e duas ligações π Maria da Conceição Paiva 33

34 Fórmula estrutural do acetileno C C Cada átomo de carbono é um híbrido sp. Os hidrogénios têm orbitais 1s, não hibridas. 2p 2p 2s hibridação sp A ligação tripla é formada por uma σ e duas π. As duas ligações π resultam da combinação de orbitais p não hibridas Maria da Conceição Paiva 34

35 A Molécula de C 2 2 C C Maria da Conceição Paiva 35

36 Tipos de ligações no C 2 2 No acetileno observam-se 3 tipos de ligações: ligação sigma s-sp; ligação sigma sp-sp; ligação pi p-p [sp (C 1 ) 1s () ] x 2 tipo σ [sp (C 1 ) sp (C 2 ) ] tipo σ [2p y (C 1 ) 2p y (C 2 ) ] tipo π [2p z (C 1 ) 2p z (C 2 ) ] tipo π Maria da Conceição Paiva 36