4 Geometria Molecular

Prévia do material em texto

Geometria MolecularGeometria Molecular
Profª. Lílian Fernandes
Formas moleculares espaciais
• Nas ligações químicas, vimos que as estruturas de Lewisexplicam as fórmulas dos compostos covalentes.
Disposição tridimensional real dos átomosEstrutura de Lewis
• CCl4 
Cada ligação C-Cl aponta para um vértice do tetraedro
Todos os átomos no mesmo plano

- Apenas mostram o número deligações entre os átomos
Formas moleculares espaciais
• A forma espacial de uma molécula é determinada por seusângulos de ligação.
CCl4 – Forma Espacial CCl4 – Estrutura de Lewis
90o
modelo experimental:todos os ângulos de ligação Cl-C-Clsão de 109,5.
a molécula não pode ser plana.
Os ângulos e os comprimentos deligação definem de maneira exata aforma espacial e o tamanho damolécula!
• Moléculas ABn – único átomo central A está ligado a n átomos B.
Formas moleculares espaciais
Abordagem das formas Espaciais
CO2 SO2
AB2AB2
SO3
NF3
ClF3
AB3
dependem do valor de n! 
• Fórmula espacial de qualquer molécula ABn geralmente pode serderivada de cinco geometrias fundamentais.
Formas moleculares espaciais
Por exemplo:
Ao partir de um tetraedro podemos obter fragmentos quepossuem geometrias piramidal trigonal e angular a medida queretiramos átomos.
Formas moleculares espaciais
Exemplo: CH4, NH3 e H2O
Formas moleculares espaciais
Sintetizando...
 Estrutura de Lewis apenas nos mostram as ligações entreátomos e a presença de pares isolados.
 A disposição tridimensional real dos átomos é determinada pelos ângulos de ligação juntamente com o comprimento de ligação.ângulos de ligação juntamente com o comprimento de ligação.
 As moléculas do tipo ABn têm formas espaciais relacionadas àsestruturas básicas.
Mas porque isso ocorre? e como prever essas formas espaciais? 
Formas moleculares espaciais
Usando o Modelo da Repulsão do par de elétronsno nível de valência. (RPENV).
Podemos responder essas perguntas...
Este modelo é usado quando A é um elementorepresentativo, um dos elementos do bloco p databela periódica.
O modelo RPENV
Amplia a teoria da ligação química de Lewis para explicar asformas das moléculas, adicionando regras que explicam os ângulosde ligação.
O que consiste este modelo?
O modelo baseia-se na ideia de que, como os elétrons serepelem, os pares de elétrons de ligação tendem a se afastaro máximo possível.
O modelo RPENV
• O que acontece se amarrar juntos dois balões idênticos pelosseus bicos?
os balões orientam-se naturalmente apontando para longe umdo outro, isto é, eles tentam se afastar um da frente do outroquanto possível.
O modelo RPENV
• Se adicionarmos um terceiro balão? •Se adicionarmos um quarto balão?
os balões se orientarão em direção aos vértices de um triângulo equilátero. Os balões adotarão forma espacial tetraédrica. 
Consequentemente, existe uma geometria ideal para cada número de balões.
De forma semelhante, os elétrons nas moléculas se comportam como os balões!
O modelo RPENV
Para encontrar a forma da molécula é necessário identificar:
DOMÍNIO DE ELÉTRON – Em geral, consiste em um par não-ligante, uma ligação simples ou uma ligação múltipla.
Vamos verificar primeiro o domínio de elétrons para:
 par ligante de elétrons define uma região no espaço, na qual émais provável que os elétrons sejam encontrados.
 par não-ligante de elétrons ou par solitário.
Vamos verificar primeiro o domínio de elétrons para:
O modelo RPENV
Um Exemplo de domínio de elétrons pode ser visto pela estruturade Lewis do NH3:
Total de 4 domínios de elétrons 
Sendo 3 devido aos pares ligantes e 1 devido ao par não ligante.
Quantos domínios teremos no total?
O modelo RPENV
 Ligação simples e para cada ligação múltipla em uma moléculaconstitui apenas como um único domínio de elétron.
Um exemplo seria a estrutura da molécula de O :
Agora verificamos o domínio de elétrons quando for uma ligação:
 Um exemplo seria a estrutura da molécula de O3:
3 domínios de elétrons ao redor do átomo de oxigênio central.
Quantos domínios teremos no total?
O modelo RPENV
É importante notar que:
 domínios de elétrons carregados negativamente se repelem.
Semelhante ao caso dos balões, os domínios de elétronstentam permanecer fora do caminho do outro.tentam permanecer fora do caminho do outro.
Por isso, qual disposição será adotada pela molécula?
Será a melhor disposição que os domínios de elétrons possamminimizar as repulsões entre eles.
O modelo RPENV
Para encontrar a forma da molécula também é necessário identificar:
O arranjo dos elétrons 
Que localiza os pares de elétrons, seja pares ligantes ou não ligantes do átomo central na posição “mais distante” .
O modelo RPENV
O modelo RPENV
O modelo RPENV
Arranjo é diferente da Forma espacial molecular?
A forma espacial molecular descreve a distribuição dos átomos,não a distribuição dos domínios de elétrons.
Voltemos ao exemplo do NH3: 
4 domínios ao redor do 4 domínios ao redor do átomo central
As repulsões são minimizadasquando os domínios são apontadospara o vértice de um tetraédro.
O modelo RPENV
Entretanto, um dos domínios é relativo a um par de elétrons não ligantes.
4 domínios ao redor do átomo central
3 domínios ligantes 1 domínio não -ligante
A geometria molecular descreve a distribuição dos átomos, não a distribuição dos domínios de elétrons.
O modelo RPENV
Roteiro para determinar a geometria molecular pelo modeloRPENV :
Utilizando ainda o exemplo da molécula do NH3:
1°) Primeiro desenhe a estrutura deLewis e identifique os domínios; 2°) Determine o arranjo;
3°) Por fim, usa-se as distribuições dos átomosligados para descrever a geometria molecular.
O modelo RPENV
 Exemplo: determinar a forma espacial da molécula de CO2:
1° Estrutura de Lewis para a molécula de CO2:
Nev = 4 + (6x2) = 16e- ou 8 pares
Portanto, número total de domínios ao redor do átomo central:
(2 ligações duplas = 2 domínios)
2° O Arranjo: Para um número de domínio = 2 temos que o arranjoé linear.
O modelo RPENV
5° A Geometria molecular: como todos os domínios são paresde elétrons ligantes, logo a geometria será igual ao arranjo.
Portanto, a geometria será linear e o ângulo de ligaçãoO-C-O é 180°O-C-O é 180°
O modelo RPENV
Tabela com arranjo e formas espaciais de acordo com o númerode domínios ao redor do átomo central:
O modelo RPENV
Considerando o efeito dos elétrons não-ligantes nos ângulos de ligação
O modelo RPENV
Embora todas as 3 moléculas tenha arranjo tetraédrico, àmedida que os número de pares de elétrons não-ligantesaumenta, ângulos de ligação diminuem.
104.5O107O
N HHHC
H
HHH109.5O
O HH
CH4 NH3 H2O
Porque este efeito ocorre?
Par de elétrons ligante é atraído por ambos os núcleos dos átomos. 
O modelo RPENV
Este efeito está associado a atração do núcleo com o par deelétrons, seja ligante ou não ligante.
Par de elétrons não ligante é atraído por um núcleodos átomos. 
Sofre menos atração nuclear, domínios estão mais espalhados no espaço.
Logo, os domínios de elétrons para pares não-ligantes exercem forçasrepulsivas maiores nos domínios adjacentes, e por isso tendem a comprimiros ângulos de ligação.
O modelo RPENV
Considerando o efeito das ligações múltiplas nos ângulos de ligação
Vejamos a molécula do fosgênio:
3 domínios de pares de elétrons ligantes
Poderíamos esperar uma geometria trigonal plana com ângulos de ligação de 120°. 
Arranjo: trigonal plano
O modelo RPENV
Entretanto a dupla ligação parece atuar como um par de elétrons não ligantes.
C OClCl111.4
o
124.3o
Ligações múltiplas contêm maior densidade de cargaeletrônica que ligações simples, de forma que ligações múltiplastambém representam domínios de elétrons maiores assim comoos elétrons não-ligantes.
elétrons não ligantes. 124.3O modelo RPENV
Moléculas com níveis de valência expandidos
Moléculas que possuem mais de um octeto de elétrons ao redor do átomo central
O arranjo mais estável paracinco domínios de elétrons é abipirâmide trigonal.90o bipirâmide trigonal.
Direção do domínio de elétrons
90o
120o
Mas e se um par de elétrons for não ligante? Qual posição ocupará?
O modelo RPENV
Moléculas com níveis de valência expandidos
Moléculas que possuem mais de um octeto de elétrons ao redor do átomo central
O modelo RPENV
90o
A posição que minimiza as repulsões entre os domínios de elétrons: 
domínio equatorial 
90
120o
Portanto, para minimizar a repulsão entre entre os elétrons, ospares não- ligantes são sempre colocados em posiçõesequatoriais em uma bipirâmide trigonal.
Quando temos seis domínios de elétronso arranjo mais estável é o octaedro.
O modelo RPENV
octaedro é um poliedro com seisvértices e oito faces. 
Pode ser visualizado: átomo central estivesse no centro do octaedro comos domínios de elétrons apontando em direção aos seis vértices.
vértices e oito faces. Cada uma das quais é um triânguloequilátero.
Os ângulos de ligação em um octaedro são todos de 90o, e osseis vértices são equivalentes.
O modelo RPENV
E se consideremos que um dos domínios é um par de elétrons não-ligante.
Qual posição ele ocupará no octaédro?
Os ângulos de ligação em um octaedro são todos de 90o, e osseis vértices são equivalentes.
Podemos colocar o domínio não-ligante apontando em direção aqualquer um dos vértices dooctaedro.
Os ângulos de ligação em um octaedro são todos de 90 , e osseis vértices são equivalentes.
A geometria molecular serásempre piramidal quadrada.
O modelo RPENV
Agora consideremos que dois dos domínios são pares de elétrons não-ligantes.
Qual posição eles ocuparão no octaédro?
suas repulsões são minimizadas quando eles estão apontandopara vértices opostos do octaedro.
A geometria molecular serásempre quadrática plana.
para vértices opostos do octaedro.
Forma Espacial e Polaridade molecular
Mas o que é polaridade da ligação?
É uma medida de quão igualmente os elétrons em certa ligaçãosão compartilhados entre os dois átomos da ligação. 
A polaridade está relacionada com a eletronegatividade:
medida que a diferença naeletronegatividade entreos dois átomos aumenta,aumenta também apolaridade.
m
Forma Espacial e Polaridade molecular
Momento de dipolo (m) de uma molécula diatômica é umamedida quantitativa da separação de carga na molécula.
Para compreendermos o conceito de polaridade é necessário relembrar o que é um momento de dipolo ( )m
m
Separação das cargas tem efeito significativo nas propriedades físicas e químicas.
Forma Espacial e Polaridade molecular
Consideremos um molécula com mais de 2 átomos:Exemplo: molécula de CO2
Para cada ligação na molécula, podemos considerar o dipolode ligação apenas a dois átomos naquela ligação.
cada ligação C=O é polar.
o momento de dipolo depende tanto das polaridades e das ligações individuaisquanto da geometria da molécula.
Forma Espacial e Polaridade molecular
O modelo mostra nos átomos de oxigênio as regiões de altadensidade eletrônica nas laterais da molécula e no átomo decarbono de baixas densidades no centro.
Esta conclusão pode ser confirmada pelo modelo de densidadeeletrônica:
carbono de baixas densidades no centro.
Forma Espacial e Polaridade molecular
Os dipolos de ligação e os momentos de dipolo são grandezasvetoriais
Alguns conceitos importantes sobre dipolo de ligação:
Por isso, possuem módulo, direção e sentido.
O dipolo total de uma molécula poliatômica é a soma de seusdipolos de ligação.
Logo, as grandezas vetoriais devem ser levados emconsideração quando forem somados.
Forma Espacial e Polaridade molecular
Molécula de CO2
Embora sabemos que cada ligação C=O é polar, ao somar doisnúmeros com módulos iguais, mas opostos em sinais, os dipolosvão se cancelar.
Forma Espacial e Polaridade molecular
Consideremos a molécula de H2O que é angular com duas ligaçõespolares:
Dipolos de ligação iguais em magnitude, mas não são - Dipolos de ligação iguais em magnitude, mas não são opostos entre si.
A soma do momento de dipolo total é diferente de zero (m=1,85).
++
Pelo mapa de densidade eletrônica:O átomo de oxigênio possui carga parcial negativa (-) e cada um dosátomos de hidrogênio tem carga parcial positiva (+).
Forma Espacial e Polaridade molecular
Exemplos:
Ligações polares, mas se cancelam.