Comprimentos de Ligação e Hibridização

Prévia do material em texto

1.14A
•
•
•
1.15
Comprimentos de Ligação do Etino, Eteno e
Etano
A ligação tripla carbono–carbono do etino é mais curta que a dupla
carbono–carbono do eteno, que, por sua vez, é mais curta que a simples
carbono–carbono do etano. A razão para esse comportamento é que os
comprimentos de ligação são afetados pelos estados de hibridização
dos átomos de carbono envolvidos.
Quanto maior for o caráter s em um orbital de um ou ambos os
átomos, menor será o comprimento da ligação, porque os orbitais s
são esféricos e possuem, nas vizinhanças do núcleo, uma
densidade eletrônica maior que a dos orbitais p.
Quanto maior for o caráter p em um orbital de um ou ambos os
átomos, mais comprida será a ligação, porque os orbitais p
possuem o formato de lóbulos com densidade eletrônica que se
estende para fora dos núcleos.
Em termos de orbitais híbridos, um orbital híbrido sp possui 50% de
caráter s e 50% de caráter p. Um orbital híbrido sp2 possui 33% de caráter
s e 67% de caráter p. Um orbital híbrido sp3 possui 25% de caráter s e
75% de caráter p. A tendência geral, portanto, é a que se segue:
Ligações que envolvem híbridos sp são mais curtas que as que
envolvem híbridos sp2, que são mais curtas que as que envolvem
híbridos sp3. Essa tendência é válida para ambas as ligações C–C
e C–H.
Os comprimentos de ligação e ângulos de ligação para o etino, o eteno e o
etano são resumidos na Fig. 1.32.
RESUMO DE CONCEITOS IMPORTANTES QUE
SURGIRAM DAMECÂNICA QUÂNTICA
1. Um orbital atômico (OA) corresponde a uma região do espaço ao
redor do núcleo de um único átomo na qual existe grande
probabilidade de se encontrar um elétron. Os orbitais atômicos
chamados orbitais s são esféricos; os chamados orbitais p são
semelhantes a duas esferas quase tangentes. Os orbitais podem
acomodar no máximo dois elétrons quando seus spins estiverem
emparelhados. Os orbitais são descritos pelo quadrado de uma função
de onda, ψ2, e cada orbital tem uma energia característica. Os sinais
da fase associados a um orbital podem ser + ou –.
2. Quando orbitais atômicos se sobrepõem, combinam-se para formar
orbitais moleculares (OM), que correspondem às regiões do espaço
que circundam dois (ou mais) núcleos nas quais os elétrons podem
ser encontrados. Da mesma forma que os orbitais atômicos, os
orbitais moleculares podem acomodar até dois elétrons se seus spins
estiverem emparelhados.
3. Quando os orbitais atômicos com o mesmo sinal da fase interagem,
combinam-se para formar um orbital molecular ligante:
A densidade de probabilidade eletrônica de um orbital molecular ligante é
grande na região do espaço entre os dois núcleos na qual os elétrons
negativos mantêm os núcleos positivos unidos.
4. Um orbital molecular antiligante é formado quando os sinais da
fase dos orbitais que se sobrepõem são diferentes:
Um orbital antiligante possui uma energia maior que um ligante. A
densidade de probabilidade eletrônica da região entre os núcleos é
pequena e contém um nó – região na qual ψ = 0. Assim, a existência de
elétrons em um orbital antiligante não ajuda a manter os núcleos unidos.
As repulsões internucleares tendem a fazer com que eles se separem.
5. A energia dos elétrons em um orbital molecular ligante é menor
que aquela em seus orbitais atômicos separados. A energia dos
elétrons no orbital antiligante é maior que a dos elétrons em seus
orbitais atômicos separados.
6. O número de orbitais moleculares é sempre igual ao número de
orbitais atômicos a partir dos quais são formados. A combinação de
dois orbitais atômicos sempre produzirá dois orbitais moleculares – um
ligante e um antiligante.
7. Os orbitais atômicos híbridos são obtidos pela mistura
(hibridização) das funções de onda de orbitais de diferentes tipos (isto
é, orbitais s e p), mas de um mesmo átomo.
8. A hibridização de três orbitais p com um orbital s produz quatro
orbitais sp3. Os átomos com hibridização sp3 apontam os eixos de
seus quatro orbitais sp3 na direção dos vértices de um tetraedro. O
carbono do metano tem hibridização sp3, e a molécula do metano é
tetraédrica.
[ DICA ÚTIL ]
Resumo das geometrias dos orbitais híbridos sp3, sp2 e sp.
•• 1.16
9. A hibridização de dois orbitais p com um orbital s produz três
orbitais sp2. Os átomos com hibridização sp2 apontam os eixos de
seus três orbitais sp2 na direção dos vértices de um triângulo
equilátero. Os átomos de carbono do eteno têm hibridização sp2, e o
eteno tem geometria plana triangular.
10. A hibridização de um orbital p com um orbital s produz dois
orbitais sp. Os átomos com hibridização sp apontam os eixos de seus
dois orbitais sp em sentidos opostos (com ângulo de 180°). Os átomos
de carbono do etino têm hibridização sp, e o etino é uma molécula
linear.
11. Uma ligação sigma (σ) (tipo de ligação simples) é aquela na qual
a densidade eletrônica tem simetria circular quando vista ao longo do
eixo de ligação. Em geral, os esqueletos de moléculas orgânicas são
construídos por átomos unidos por ligações sigma.
12. Uma ligação pi (π), parte das ligações duplas e triplas carbono–
carbono, é aquela na qual as densidades eletrônicas de dois orbitais p
adjacentes paralelos se sobrepõem lateralmente para formar um
orbital molecular ligante pi.
COMO PREDIZER A GEOMETRIA
MOLECULAR: O MODELO DE REPULSÃO DOS
PARES DE ELÉTRONS NA CAMADA DE
VALÊNCIA
Podemos prever o arranjo dos átomos nas moléculas e nos íons com base
em uma ideia relativamente simples, denominada modelo de repulsão
dos pares de elétrons na camada de valência (RPECV). Aplicamos o
modelo RPECV da seguinte maneira:
1. Consideramos as moléculas (ou íons) nas quais o átomo central
está ligado covalentemente a dois ou mais átomos ou grupos.
2. Consideramos todos os pares de elétrons de valência do átomo
central – tanto os compartilhados nas ligações covalentes, chamados