Aula_2_Estrutura_MOLECULAR_parte1

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Química Inorgânica I QUI023Química Inorgânica I QUI023
EE M l l M l l EstruturaEstrutura Molecular Molecular 
E E TeoriasTeorias de de LigaçãoLigaçãoE E TeoriasTeorias de de LigaçãoLigação
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
Modelos e teorias de Ligação química
I
 
I
 LigaçãoLigação iônicaiônica
Modelos e teorias de Ligação química
n
i
c
a
n
i
c
a
 LigaçãoLigação iônicaiônica
LigaçãoLigação covalentecovalente::
r
g
â
n
r
g
â
n Estruturas de LewisEstruturas de Lewis
ModeloModelo RPECVRPECV
I
n
o
r
I
n
o
r
TeoriaTeoria dada LigaçãoLigação de de ValênciaValência (TLV) (TLV) 
TeoriaTeoria do Orbital Molecular (TOM)do Orbital Molecular (TOM)
m
i
c
a
m
i
c
a
eo aeo a do O b ta o ecu a ( O )do O b ta o ecu a ( O )
TeoriaTeoria do Campo do Campo CristalinoCristalino (TCC) (TCC) 
Q
u
í
m
Q
u
í
m
Q Q
2
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
Entendendo a Ligação covalente: Estruturas de Lewis
I
 
I
 
LigaçõesLigações covalentescovalentes são formadas por compartilhamento de pares
eletrônicos entre os átomos envolvidos
Entendendo a Ligação covalente:  Estruturas de Lewis
n
i
c
a
n
i
c
a
 eletrônicos entre os átomos envolvidos.
A:B   A‐B   
r
g
â
n
r
g
â
n A::B   A=B  
I
n
o
r
I
n
o
r Regra do Octeto:
O compartilhamento é feito até que o átomo atinja oito elétrons
na camada de valência
m
i
c
a
m
i
c
a
na camada de valência.
Ressonância:
Q
u
í
m
Q
u
í
m
Mistura de duas estruturas de Lewis prováveis para obter uma
estrutura média de menor energia.
O=O‐O e O‐O=O
Q Q
3
O O O e O O O
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
Entendendo a Ligação covalente: Estruturas de Lewis
I
 
I
 
Hipervalência:
í
Entendendo a Ligação covalente:  Estruturas de Lewis
n
i
c
a
n
i
c
a
 Considera possível a “expansão do octeto “ para justificar a
estabilidade de moléculas como o PCl5 e SF6
r
g
â
n
r
g
â
n
I
n
o
r
I
n
o
r
SF6
m
i
c
a
m
i
c
a
PCl5 
Q
u
í
m
Q
u
í
m
Q Q
4
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
E t t  d  L i
I
 
I
 
Estruturas de Lewis
n
i
c
a
n
i
c
a
 
r
g
â
n
r
g
â
n
I
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I
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r
m
i
c
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m
i
c
a
Q
u
í
m
Q
u
í
m
Q Q
5
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
M d l  RPECV
I
 
I
 
Modelo RPECV
Repulsão dos  Pares de Elétrons na Camada de Valência. 
n
i
c
a
n
i
c
a
 
Regiões de maior densidade eletrônica se afastam e a geometria é 
definida pela posição final dos átomos. 
r
g
â
n
r
g
â
n
p p ç
E t t d L i
Geometria Geometria 
RPECVRPECV
I
n
o
r
I
n
o
r
O
HH
Estrutura de Lewis
angular
Repulsão
m
i
c
a
m
i
c
a
HH
Ângulo H‐O‐H < 109, 5⁰
Q
u
í
m
Q
u
í
m
Q Q
6
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
Modelo RPECV: Formas Básicas 
I
 
I
 
Modelo RPECV: Formas Básicas 
regiões de elétrons Arranjo Geometria
2 Linear
n
i
c
a
n
i
c
a
 2 Linear
3 Angular
r
g
â
n
r
g
â
n
3 Trigonal plano
I
n
o
r
I
n
o
r
m
i
c
a
m
i
c
a
4 Piramidal Trigonal
Q
u
í
m
Q
u
í
m
4 Tetraédrica
Q Q
7
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
Modelo RPECV: Formas Básicas 
I
 
I
 
Modelo RPECV: Formas Básicas 
regiões de elétrons Arranjo Geometria
4 Quadrático plano
n
i
c
a
n
i
c
a
 4 Quadrático‐plano
r
g
â
n
r
g
â
n
5
Piramidal
Q d áti
I
n
o
r
I
n
o
r Quadrática
5 Bipiramidal
m
i
c
a
m
i
c
a
trigonal
Q
u
í
m
Q
u
í
m
6 Octaédrico
Q Q
8
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
M d l  RPECV
I
 
I
 
Modelo RPECV
Repulsão dos  Pares de Elétrons na Camada de Valência. 
n
i
c
a
n
i
c
a
 
r
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â
n
r
g
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n
I
n
o
r
I
n
o
r
Tetraédrica
m
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c
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m
i
c
a
Q
u
í
m
Q
u
í
m
Piramidal Trigonal 
Q Q
9
Estruturas de Lewis Geometria Geometria 
RPECVRPECV
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
Modelo RPECV: Outras geometrias  
I
 
I
 
Modelo RPECV: Outras geometrias  
Modificações das formas básicas: Importante quando as 
fórmulas moleculares são diferentes de: AB
n
i
c
a
n
i
c
a
 fórmulas moleculares são diferentes de: ABn
Ordem das repulsões: 
r
g
â
n
r
g
â
n
Par isolado de e− / Par isolado de e−>
>
I
n
o
r
I
n
o
r Par isolado de e− / região ligante>
região ligante / região ligante
m
i
c
a
m
i
c
a
Interação de par 
d − i l d
Interação de par 
de e− isolado com
Q
u
í
m
Q
u
í
m
de e− isolado com 
duas regiões
ligantes
de e isolado com 
três regiões
ligantes
Q Q
10
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
Modelo RPECV: Previsão de Geometria
I
 
I
 
Modelo RPECV: Previsão de Geometria
Polaridade Molecular 
n
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Q
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m
Q
u
í
m
Q Q
11
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
Modelo RPECV: Previsão de Geometria
I
 
I
 
Modelo RPECV: Previsão de Geometria
Polaridade Molecular 
n
i
c
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n
i
c
a
 
r
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n
r
g
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n
I
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I
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c
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m
i
c
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Q
u
í
m
Q
u
í
m
Q Q
12
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
Modelo RPECV: Resumo Geral
I
 
I
 
Modelo RPECV: Resumo Geral
 Extensão da teoria de Lewis;
n
i
c
a
n
i
c
a
  Extensão da teoria de Lewis;
 As repulsões entre os pares eletrônicos ligantes ou não
r
g
â
n
r
g
â
n determinam o arranjo dos átomos e este arranjo determina a
geometria;
I
n
o
r
I
n
o
r
 Acerta na previsão de geometrias mais complexas que a teoria
de Lewis;
m
i
c
a
m
i
c
a
de Lewis;
 Não consegue prever a geometria mais estável no caso de várias
Q
u
í
m
Q
u
í
m regiões de densidade eletrônica (≥ 5)
Q Q
13
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
Modelo RPECV: Falhas
I
 
I
 
Modelo RPECV: Falhas
Dúvidas: 
n
i
c
a
n
i
c
a
 
 Porque uma ligação se forma? 
r
g
â
n
r
g
â
n  O Modelo atômico atual não é contemplado na descrição das 
ligações?
I
n
o
r
I
n
o
r  Quais são os orbitais atômicos envolvidos nas ligações?
m
i
c
a
m
i
c
a
Qual teoria que consegue prever corretamente localização
de densidade eletrônica? 
Q
u
í
m
Q
u
í
m
de densidade eletrônica? 
Q Q
14
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
Teoria da Ligação de Valência  TLV 
I
 
I
 
Teoria da Ligação de Valência ‐ TLV 
Desenvolvida por Linus Pauling 
n
i
c
a
n
i
c
a
 
Fundamentos: 
r
g
â
n
r
g
â
n
Linus Pauling 
(1901 – 1994) Conceitos já da Química Quântica;
I
n
o
r
I
n
o
r
(1901  1994)
Nobel 1954
 Conceitos já da Química Quântica;  
 Interpretação da Função de onda para a teoria de Lewis 
m
i
c
a
m
i
c
a
(Pares eletrônicos) 
Sobreposição de Orbitais Atômicos Semi‐Preenchidos; 
Q
u
í
m
Q
u
í
m  Elétrons de Valência Localizados Entre os Núcleos;
Q Q
15
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
Teoria da Ligação de Valência  TLV 
I
 
I
 
Teoria da Ligação de Valência ‐ TLV 
Moléculas Diatômicas homonucleares
n
i
c
a
n
i
c
a
 
Densidade eletrônica de uma molécula diatômica homonuclear
r
g
â
n
r
g
â
n
I
n
o
r
I
n
o
r
m
i
c
a
m
i
c
a
Exemplos: H2 , N2 , O2
Q
u
í
m
Q
u
í
m
Q Q
16
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
Teoria da Ligação de Valência  TLV 
I
 
I
 
Teoria da Ligação de Valência ‐ TLV 
Formação da ligação σ
n
i
c
a
n
i
c
a
 
r
g
â
n
r
g
â
n
H  H
I
n
o
r
I
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o
r
m
i
c
a
m
i
c
a
H−H
Q
u
í
m
Q
u
í
m
Q Q
17H2
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
Teoria da Ligação de Valência  TLV 
I
 
I
 
Teoria da Ligação deValência ‐ TLV 
H2, Formação da ligação σ
n
i
c
a
n
i
c
a
 
r
g
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n
r
g
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n
I
n
o
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I
n
o
r
m
i
c
a
m
i
c
a
Q
u
í
m
Q
u
í
m
Q Q
18
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
Teoria da Ligação de Valência  TLV 
Moléculas Diatômicas homonucleares : N2 
I
 
I
 
Teoria da Ligação de Valência ‐ TLV 
N: 1s2 2s2 2p3  
2p 1 2p 1 2p 1
n
i
c
a
n
i
c
a
 
2px 2py 2pz
r
g
â
n
r
g
â
n
(pz + pz)  Ligação σ
I
n
o
r
I
n
o
r
(pz pz) g ç
m
i
c
a
m
i
c
a
Q
u
í
m
Q
u
í
m
Q Q
19(py + py)  Ligação π(px + px)  Ligação π
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
Teoria da Ligação de Valência  TLV 
I
 
I
 
Moléculas Diatômicas homonucleares : N2 
Teoria da Ligação de Valência ‐ TLV 
n
i
c
a
n
i
c
a
 
r
g
â
n
r
g
â
n
I
n
o
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I
n
o
r
m
i
c
a
m
i
c
a
Q
u
í
m
Q
u
í
m
:N   N: 
Densidade eletrônica
Q Q
20
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
Teoria da Ligação de Valência  TLV 
I
 
I
 
Moléculas Poliatômicas
Teoria da Ligação de Valência ‐ TLV 
n
i
c
a
n
i
c
a
 
H2O
Átomo Central: O
r
g
â
n
r
g
â
n
Átomo Central: O
1s2 2s2 2px2 2py1 2pz1
I
n
o
r
I
n
o
r
 2 ligações σ
m
i
c
a
m
i
c
a
ligações σ
 Prevê um ângulo de 90o
Q
u
í
m
Q
u
í
m
Resolve com: Promoção, Hibridização e Isolobalidade. 
Q Q
21
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
Teoria da Ligação de Valência  TLV
I
 
I
 
Teoria da Ligação de Valência – TLV
Promoção  
Ocorre para permitir ligações mais fortes e em maior número
n
i
c
a
n
i
c
a
 
possível
C 1 2 2 2 2 1 2 1 2 0 A d li õ
r
g
â
n
r
g
â
n
C: 1s2 2s2 2px1 2py1 2pz0    : Apenas duas ligações σ
I
n
o
r
I
n
o
r
m
i
c
a
m
i
c
a C: 1s2 2s1 2px1 2py1 2pz1   :  4 ligações σ, 2 π …
Q
u
í
m
Q
u
í
m
Q Q
22
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
Teoria da Ligação de Valência  TLV 
I
 
I
 
Teoria da Ligação de Valência ‐ TLV 
Hibridização
C bi õ d bi i ô i d á l
n
i
c
a
n
i
c
a
 Combinações dos orbitais atômicos do átomo central 
(funções de onda)
r
g
â
n
r
g
â
n
Novo conjunto de orbitais (híbridos)
I
n
o
r
I
n
o
r
N i t ã /N E i
m
i
c
a
m
i
c
a
Nova orientação/Nova Energia
Q
u
í
m
Q
u
í
m Maior região de sobreposição orbital
Q Q
23
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
Teoria da Ligação de Valência  TLV
I
 
I
 
Teoria da Ligação de Valência – TLV
Hibridização  
Interferência de orbitais atômicos: Diminuição de energia
n
i
c
a
n
i
c
a
 
2 2 1 1
r
g
â
n
r
g
â
n
C: 1s2 2s2 2px1 2py1
I
n
o
r
I
n
o
r
C: 1s2 2s1 2px1 2py1 2py1 sp3
m
i
c
a
m
i
c
a 4 Orbitais sp3
 EnergiasEnergias IdênticasIdênticas;;

Q
u
í
m
Q
u
í
m
 SimetriaSimetria IdênticaIdêntica. . 
Q Q
24
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
Teoria da Ligação de Valência  TLV
I
 
I
 
Teoria da Ligação de Valência – TLV
Hibridização  
n
i
c
a
n
i
c
a
 
r
g
â
n
r
g
â
n
I
n
o
r
I
n
o
r
m
i
c
a
m
i
c
a
 Elétrons deslocalizados sobre toda a molécula;
Q
u
í
m
Q
u
í
m
 Elétrons deslocalizados sobre toda a molécula; 
Ligações (C−C) com o mesmo comprimento. 
Q Q
25
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
Teoria da Ligação de Valência  TLV 
I
 
I
 
Teoria da Ligação de Valência ‐ TLV 
Isolobalidade
Isolobais: Estruturas moleculares semelhantes que formam
n
i
c
a
n
i
c
a
 Isolobais: Estruturas moleculares semelhantes que formam
padrões de ligação, ajudando a prever a geometria. 
r
g
â
n
r
g
â
n
I
n
o
r
I
n
o
r
m
i
c
a
m
i
c
a
Q
u
í
m
Q
u
í
m NH3 N(CH3)3
Q Q
26
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
Teoria da Ligação de Valência  TLV 
I
 
I
 
Teoria da Ligação de Valência ‐ TLV 
Isolobalidade
n
i
c
a
n
i
c
a
 
r
g
â
n
r
g
â
n
Fragmentos com umum életronéletron em cada lóbulo híbrido
I
n
o
r
I
n
o
r Fragmentos com umum életronéletron em cada lóbulo híbrido
m
i
c
a
m
i
c
a
Q
u
í
m
Q
u
í
m
Fragmentos com doisdois életronséletrons em cada lóbulo híbrido
Q Q
27
g
Estrutura Molecular : LigaçõesEstrutura Molecular : Ligações
Teoria da Ligação de Valência  TLV 
I
 
I
 
Teoria da Ligação de Valência ‐ TLV 
Problemas e Limitações
n
i
c
a
n
i
c
a
 
Se todos os elétrons da ligação estão emparelhados, por que o O2 interage
com um campo magnético?
r
g
â
n
r
g
â
n
Por que algumas moléculas são coloridas?
I
n
o
r
I
n
o
r
Orbitais Atômicos
TLVTLV TOMTOM
m
i
c
a
m
i
c
a
b b d d OrbitaisOrbitais MolecularesMoleculares
TOMTOM
Q
u
í
m
Q
u
í
m
Orbitais Hibridizados OrbitaisOrbitais MolecularesMoleculares
Q Q
28