química geral - ligacão quimica

8/14/2019 Qumica Geral - Ligaco Quimica

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G

Universidade de So Paulo

Faculdade de Filosofia, Cincias e Letras de Ribeiro PretoDepartamento de Qumica

2010


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Ligao covalente

-Estruturas de Lewis no nos dizem porque e como os eltrons

so compartilhados entre dois tomos

-O modelo de repulso de pares eletrnicos no nos diz como

Necessitamos de um modelo mais completo


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Os princpios da mecnica quntica oumecnica ondulatria utilizados para a construo

do modelo atmico podem ser utilizados

Como os orbitais atmicos interagem e como eles

po em compar ar e rons

Teoria de Ligao de Valncia Teoria de Orbitais Moleculares

Orbitais atmicos se combinam

para formar ligaes

As molculas tem seu prprio

conjunto de orbitais, os orbitais

moleculares


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Teoria de Ligao de Valncia

A sobreposio (overlap) de orbitais atmicos proporciona

o compartilhamento de eltrons por dois ncleos

Formao da molcula de H2

tomos de Hseparados sobreposiodos orbitais ligao covalenteno H2


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C

.


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Formao da molcula de HF

Orbitais das camadas de valncia

de F e H

Ligao qumica no HF

Orbitais do F aps a formao

da molcula


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Formao da molcula de H2S

Observao experimental. O ngulo

H-S-H de 92o

Orbitais do S aps a formaoda molcula H2S


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Esquema de ligaono H2S

O ngulo de 90o entre os

orbitais p prximo do

observado experimentalmente


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Orbitais hbridos

Mistura de orbitais atmicos

2s2 2p2

Camada de valncia do carbono

com essa distribuio eletrnica?


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Que tal supormos que no momento de fazer as ligaeso tomo de carbono se encontre num estado diferente excitado-

onde a configurao eletrnica seja

2s1 2p3

Considerando a forma dos orbitais p,e que portanto pelo menos 3 tomos

de H deveriam se situar sobre os eixos

x, y e z, Qual seria a geometria

da molcula CH4?


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Lembre-se que os orbitais so funes matemticas,

solues de uma equao diferencial.

Se um conjunto de funes soluo de uma equao

diferencial pode-se demonstrar que qualquer

combinao destas funes tambm ser

solu o desta mesma e ua o

Linus Pauling


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Portanto, se misturarmos os orbitais atmicosteremos como resultado novos orbitais, com

novos formatos e novas orienta es no es a o


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Mistura de 1 orbital s com 3 orbitais p

Hibridizao sp3

Configurao eletrnica da camada

de valncia do carbono

4 orbitais sp3Configurao eletrnica- 2(sp3)4


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Hibridizao sp3

Formao da molcula

de tetradrica de CH4


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Carbono Tetradrico

O carbono utiliza orbitais sp3 em todos os compostos onde

est ligado a 4 tomos.

Diferentes formas de representar o tomo decarbono tetradrico, encontradas em livros de

Qumica Orgnica


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P


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Mistura de 1 orbital s com um orbital p

Hibridizao sp

Fato- A molcula de BeH2 linear

Configurao eletrnica do Berlio

Podemos ima inar novos orbitais ara o berlio ue oderiam

explicar melhor a formao de uma molcula linear!!!


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Mistura de 1 orbital s com um orbital p

Hibridizao sp

A configurao eletrnica da camada de valncia

do berilio que era 2s2 agora 2(sp)2


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Hibridizao sp


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32/97

10.4


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Hibridizao sp2

Fato- A molcula de BCl3 planar. Os ngulosCl-B-Cl so de 120o

Configurao eletrnica da camada

de valncia do Boro.

Configurao eletrnica da camadade valncia do Cloro

Como a molcula pode ser planar com ligaescom estes orbitais??


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Hibridizao sp2

3 orbitais sp2


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36/97

10.4


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Hibridizao sp2

Configurao eletrnica- 2(sp2)3


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Outro exemplo de carbono tetradrico- C2H6

Ligao C-C- sp3-sp3

Ligaes C-H- sp3-s


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Mistura de 1 orbital s com 3 orbitais p e 2 orbitais d

Hibridizao sp3d2

Molcula de SF6- exceo regra do octeto- 12 eltrons

ao redor do tomo de S

Confi ura o eletrnica da camada de valncia do S

orbitais d vazios que

poderiam participar de

ligaes qumicas


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H I ?


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# L P+# B A H E

H I ?

C AND

2

3

4

5

6

2

3

3

32

BC2

BF3

CH4, NH3, H2O

PC5

F610.4


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Diferentes orbitais hbridos

sp

linearsp2

triangular

planar

sp3

tetradrica

sp3d

bipiramidal

trigonal

sp3d2

octadrica

Hib idi d bit i l l


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Hibridizao de orbitais em molculas com

pares de eltrons isolados

H2O (o ngulo H-O-H de 104,5o)

NH3 (os ngulos H-N-H so de 107o

)


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Ligao covalente coordenada

A molcula de BF3 reage com o nion F- formando o nion BF4

-

ligao coordenada

os dois eltrons vm do F-

Li ( i ) li ( i)


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Ligaes (sigma) e ligaes (pi)

Ligaes simples, duplas e triplas

orbitais s

orbitais

orbitais

hbridos

Ligaes

A densidade eletrnica se concentra

no eixo que une os dois tomos ligados


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Orbitais p

paralelos

Ligao

A densidade eletrnica se concentraem duas regies, em lados opostos

do eixo que une os tomos ligados


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C 3

A C 2


49/97

10.5


50/97

10.5

E l d d i d li i


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Exemplo da descrio de ligaes qumicas

Eteno ou etileno

orbitais

hbridos sp2

orbital pno hibridizado

Descrio das ligaes


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Descrio das ligaes

interaes

s-sp2 formando

ligaes C-H

interaes

s-sp2 formando

ligaes C-H

interao sp2-sp2

formando a ligao C-C

D i d li


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Descrio da ligao

orbitais pligao

A ligao dupla descrita portanto, na Teoria de Ligaode Valncia, por uma ligao e uma ligao


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C 3

C 2

A C


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10.5

Descrio da ligao tripla


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1 ligao + 2 ligaes

O etino ou acetileno

ligao

C-C

ligao

C-H ligao

C-H

ligao ligao


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59/97


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E O2


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O O

N

M

.

10.6

Teoria de Orbitais Moleculares- TOM


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eo a de O b ta s o ecu a es O

-Uma molcula no diferente de um tomo

-Um tomo tem um ncleo. Uma molcula tem vrios ncleos

-Um tomo e uma molcula apresentam nveis de energia,que correspondem aos orbitais, e que podem ser populados

por eltrons

-Num tomo esses orbitais so chamados Orbitais atmicos.

Numa molcula esses orbitais so Orbitais Moleculares

Orbitais Moleculares


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Orbitais Moleculares

orbital anti-ligante

1s*

Combinao de 2 orbitais atmicos para a formao

de 2 orbitais moleculares

orbital ligante

1s

orbitais atmicos 1s

Eltrons em orbitais ligantes- estabilizam a molcula

Eltrons em orbitais anti-ligantes- desestabilizam a molcula


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Por que algumas molculas existem e outras no?


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A molcula de H2 existe!

Orbital 1s ligante

Forma semelhante quelada nuvem eletrnica descrita

na TLV

E ( )


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(H2).

A

.A .

10.6



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A molcula de He2 no existe!

No h ganho de energia com a formao da molcula Os tomos de He preferem ficar separados!!

Ordem de ligao


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Descrio clssica (Estruturas de Lewis)- Ligaes covalentes,

formadas por pares de eltrons, levam a ligaes simples, duplas

e triplas

Na Teoria de Orbitais Moleculares definimos Ordem de Ligao:

OL= (no de eltrons em orbitais ligantes)-(no de eltrons em orbitais anti-ligantes)

2

Para o H2, OL=1

Para o He2, OL=0 A ligao no existe a

molcula no existe!!!

1N

N


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=

1

2

MO

MO( )

1 0


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2

O ( 3) OM:

, *, , *, *

C, 2 .

A .

Formao de orbitais moleculares a partir de orbitais p


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2 2

P B2, C2 N2 2 2.

P O , F N

2.


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2 2

, OM, P

H .

, .

, .


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Formao de molculas diatmicas


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-no mximo 2 eltrons, com spins contrrios, ocupam um orbital-eltrons preenchem orbitais a partir daquele de mais baixa energia

-a regra de Hund obedecida

-Molculas de Li , B , e C existem na fase vapor


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Molculas de Li2, B

2, e C

2existem na fase vapor

(os compostos so slidos a temperatura ambiente)

-Molculas de Be2 e Ne2 no existem

-As foras de ligao e distncias de ligao experimentais

concordam com o valor de ordem de ligao(maior ordem de ligao maior fora de ligao, menor

distncia de ligao

-Caso particular do O2- A molcula paramagntica e

as estruturas de Lewis no prevem eltrons desemparelhados

no h eltrons

desemparelhados

a regra do octeto

no obedecida


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D :

( ):

;

( ): .

O :


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83/97

B G, . A . E

. :

. A , .

P : ID = .


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.

,

.

.


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E N2.

A

.

+


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2,5

paramagntico

Orbitais moleculares deslocalizados


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Problema srio da TLV- ressonncia!!

nion formiato

Como a TOM v o on formiato


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-Os eltrons dos orbitais so compartilhados pelos

3 tomos;

-dizemos que os eltrons esto deslocalizados

Benzeno


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Ressonncia entre estruturas de Lewis

Eltrons deslocalizados

,


90/97

.

10.8

E .


91/97

10.8

Outros exemplos


92/97

Outros exemplos

HF

(*1)


93/97

2 2

(2)

(1)


94/97

,

.

O

.

C,

.

,

.


95/97


96/97


97/97

química geral - ligacão quimica

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