Geometria molecular e teoria de ligação

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GEOMETRIA MOLECULAR E
TEORIA DE LIGAÇÃO
GEOMETRIA MOLECULAR E
TEORIA DE LIGAÇÃO
Profª Drª Fernanda de Melo Pereira ( 27-04-2016)
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GEOMETRIA MOLECULAR
 Estrutura de Lewis ajuda-nos a entender ascomposições das moléculas e respectivas ligaçõescovalentes.
 Elas não mostram um dos mais importantesaspectos das moléculas – sua forma espacial comoum todo.
 As moléculas têm formas espaciais e tamanhosdefinidos pelos ângulos e pelas distâncias entreos núcleos de seus átomos constituintes.
 Estrutura de Lewis ajuda-nos a entender ascomposições das moléculas e respectivas ligaçõescovalentes.
 Elas não mostram um dos mais importantesaspectos das moléculas – sua forma espacial comoum todo.
 As moléculas têm formas espaciais e tamanhosdefinidos pelos ângulos e pelas distâncias entreos núcleos de seus átomos constituintes.
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GEOMETRIA MOLECULAR
 O 1° passo para desenhar a Estrutura de Lewis édeterminar o número total de elétrons devalência que são representados por pontos naestrutura final.
 Adiciona-se portanto os elétrons de valência ns enp dos átomos a serem ligados.
 Desenhar a estrutura de Lewis para a moléculade metano:
 O 1° passo para desenhar a Estrutura de Lewis édeterminar o número total de elétrons devalência que são representados por pontos naestrutura final.
 Adiciona-se portanto os elétrons de valência ns enp dos átomos a serem ligados.
 Desenhar a estrutura de Lewis para a moléculade metano:
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GEOMETRIA MOLECULAR
 O 1° passo para desenhar a Estrutura de Lewis édeterminar o número total de elétrons devalência que são representados por pontos naestrutura final.
 Adiciona-se portanto os elétrons de valência ns enp dos átomos a serem ligados.
 Desenhar a estrutura de Lewis para a moléculade metano, CH4 e tetracloreto de carbono, CCl4:
 O 1° passo para desenhar a Estrutura de Lewis édeterminar o número total de elétrons devalência que são representados por pontos naestrutura final.
 Adiciona-se portanto os elétrons de valência ns enp dos átomos a serem ligados.
 Desenhar a estrutura de Lewis para a moléculade metano, CH4 e tetracloreto de carbono, CCl4:
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GEOMETRIA MOLECULAR
 Estrutura de Lewis para a amônia, NH3 e o íonamônio, NH4+ :
 Exceções à Regra do octeto:
Molécula de pentacloreto de fósforo, PCl5
Trifluoreto de boro, BF3
Ligação covalentenormalLigação covalentenormal
Ligação covalentecoordenadaLigação covalentecoordenada
NH4+NH4+NH3NH3
 Estrutura de Lewis para a amônia, NH3 e o íonamônio, NH4+ :
 Exceções à Regra do octeto:
Molécula de pentacloreto de fósforo, PCl5
Trifluoreto de boro, BF3
Ligação covalentenormal
Ligação covalentecoordenada
NH4+NH4+NH3NH3
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O MODELO RPENV
 MODELO DA REPULSÃO DO PAR DE ELÉTRONSNO NÍVEL DE VALÊNCIA:
Par ligante de elétronsPar ligante de elétrons
Região no espaço onde é maisprovável que os elétrons sejamencontrados
Região no espaço onde é maisprovável que os elétrons sejamencontrados
Par ligante de elétrons
Região no espaço onde é maisprovável que os elétrons sejamencontrados
Região no espaço onde é maisprovável que os elétrons sejamencontrados
DOMÍNO DE ELÉTRONDOMÍNO DE ELÉTRON
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O MODELO RPENV
 MODELO DA REPULSÃO DO PAR DE ELÉTRONSNO NÍVEL DE VALÊNCIA:
Par não - ligante de elétronsPar não - ligante de elétrons
DOMÍNO DE ELÉTRONDOMÍNO DE ELÉTRON
Par solitárioPar solitário
3 domínios deelétrons ao redor doátomo central
3 domínios deelétrons ao redor doátomo central
DOMÍNO DE ELÉTRONDOMÍNO DE ELÉTRON
1 ligação simples1ligação dupla1 par de elétrons não ligante
1 ligação simples1ligação dupla1 par de elétrons não ligante
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O MODELO RPENV
 MODELO DA REPULSÃO DO PAR DE ELÉTRONSNO NÍVEL DE VALÊNCIA:
Domínios de elétronDomínios de elétron
SE REPELEM
São carregados negativamenteSão carregados negativamente
SE REPELEMSE REPELEM
São carregados negativamente
MELHOR DISPOSIÇÃOMELHOR DISPOSIÇÃO
Determinado n° dedomínios de elétron:Determinado n° dedomínios de elétron:
Minimiza as repulsões entre eles.Minimiza as repulsões entre eles. 9
O MODELO RPENV
 MODELO DA REPULSÃO DO PAR DE ELÉTRONSNO NÍVEL DE VALÊNCIA:
N° de
domínios de
elétrons
Arranjo Elétrons
ligantes
Elétrons
não-ligantes
Geometria
molecular
2 02 2 02
Exemplo :
10
O MODELO RPENV
 MODELO DA REPULSÃO DO PAR DE ELÉTRONSNO NÍVEL DE VALÊNCIA:
N° de
domínios de
elétrons
Arranjo Elétrons
ligantes
Elétrons
não-ligantes
Geometria
molecular
3 03 3 03
2 1
11
O MODELO RPENV
 MODELO DA REPULSÃO DO PAR DE ELÉTRONSNO NÍVEL DE VALÊNCIA:
Geometria
molecular Exemplo :
12
O MODELO RPENV
 MODELO DA REPULSÃO DO PAR DE ELÉTRONSNO NÍVEL DE VALÊNCIA:
N° de
domínios de
elétrons
Arranjo
Elétrons
ligantes
Elétrons
não-ligantes
Geometria
molecular
4 0
44
3 1
2 2 13
O MODELO RPENV
 MODELO DA REPULSÃO DO PAR DE ELÉTRONSNO NÍVEL DE VALÊNCIA:
Geometria
molecular Exemplo :
14
Ângulos deligaçãoÂngulos deligação ArranjosArranjos
linearlinear
Trigonal planoTrigonal plano
TetraédricoTetraédrico
Ângulos de ligação diminuem àmedida que o n° de pares de
elétrons não-ligantes aumenta:
TetraédricoTetraédrico
BipiramidalTrigonalBipiramidalTrigonal
OctaédricoOctaédrico 15
O MODELO RPENV
N° de
domínios de
elétrons
Arranjo
Elétrons
ligantes
Elétrons
não-ligantes
Geometria
molecular
5 0
5
4 14 1
3 2
2 3 16
17
O MODELO RPENV
N° de
domínios de
elétrons
Arranjo
Elétrons
ligantes
Elétrons
não-ligantes
Geometria
molecular
6 06
5 1
4 2 18
O MODELO RPENV
Geometria
molecular Exemplo : Geometriamolecular Exemplo :Exemplo :
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LIGAÇÃO COVALENTE E SUPERPOSIÇÃO DE
ORBITAIS:
 O modelo de RPENV fornece uma maneira simples dedeterminar as formas espaciais de moléculas;
 O modelo RPENV não explica por que as ligaçõesentre os átomos existem.
 A união entre as noções de Lewis sobre ligações porpares de elétrons com a ideia de orbitais atômicos
 O modelo de RPENV fornece uma maneira simples dedeterminar as formas espaciais de moléculas;
 O modelo RPENV não explica por que as ligaçõesentre os átomos existem.
 A união entre as noções de Lewis sobre ligações porpares de elétrons com a ideia de orbitais atômicos
Modelo de ligação química:TEORIA DA LIGAÇÃO DE VALÊNCIAModelo de ligação química:TEORIA DA LIGAÇÃO DE VALÊNCIA
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ORBITAIS HÍBRIDOS:
 Na Teoria de Lewis, a ligação covalente ocorre quandoos átomos compartilham elétrons, concentrandodensidade eletrônica entre os núcleos.
 Na teoria da Ligação de Valência, o acúmulo dedensidade eletrônica ocorre quando orbitaiscompartilham uma região do espaço comum, ousuperpõem-se, permitindo que dois elétrons de spinscontrários compartilhem um espaço comum entre osnúcleos, formando uma ligação covalente.
 Na Teoria de Lewis, a ligação covalente ocorre quandoos átomos compartilham elétrons, concentrandodensidade eletrônica entre os núcleos.
 Na teoria da Ligação de Valência, o acúmulo dedensidade eletrônica ocorre quando orbitaiscompartilham uma região do espaço comum, ousuperpõem-se, permitindo que dois elétrons de spinscontrários compartilhem um espaço comum entre osnúcleos, formando uma ligação covalente.
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TEORIA DA LIGAÇÃO DE VALÊNCIA
RPENVRPENV Previsão da geometria molecularPrevisão da geometria molecular
Não responde:
Como os átomos compartilham os elétrons em sua
camada de valência?
Como os átomos compartilham os elétrons em sua
camada de valência?
Teoria da ligação de valênciaTeoria da ligação de valência
Átomo individuais aproximam-se para
formarem uma ligação covalente.
Teoria do Orbital Molecular
Molécula como um conjunto de núcleos positivos
com orbitais que se estendem pela molécula
inteira.
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TEORIA DA LIGAÇÃO DE VALÊNCIA
Postulado básico:Postulado básico:
Quando 2 átomos se aproximapara formar uma
ligação covalente, um orbital atômico de um
átomo superpõe-se com um orbital atômico de
outro
Quando 2 átomos se aproxima para formar uma
ligação covalente, um orbital atômico de um
átomo superpõe-se com um orbital atômico de
outro
Os átomos numa molécula tendem a maximizar a
superposição do orbital
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ORBITAIS HÍBRIDOS:
Teoria da Ligação de Valência
Acúmulo de densidade eletrônica entre dois
núcleos
Acúmulo de densidade eletrônica entre dois
núcleos
Pode ser considerado como o que ocorrequando:
Orbital atômico de
valência de um átomo
Orbital atômico de
valência de um átomo
SuperpõeSuperpõe
Orbital atômico de
valência de outro
átomo
Orbital atômico de
valência de outro
átomo
Pode ser considerado como o que ocorrequando:
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ORBITAIS HÍBRIDOS:
Teoria da Ligação de Valência
Moléculas poliatômicasMoléculas poliatômicas
Formação das ligações
por pares de elétrons
Formação das ligações
por pares de elétrons
Geometrias
observadas para as
moléculas
Geometrias
observadas para as
moléculas
Explicar :
Formação das ligações
por pares de elétrons
Formação das ligações
por pares de elétrons
Geometrias
observadas para as
moléculas
Geometrias
observadas para as
moléculas
Orbitais atômicos em
um átomo
Orbitais atômicos em
um átomo
SUPERPÕEM-SEOrbitais
híbridos
Orbitais
híbridos 25
ORBITAIS HÍBRIDOS:
Teoria da Ligação de Valência
 Os orbitais híbridos têm formas diferentes dosorbitais atômicos.
 O processo de misturar e variar os orbitais atômicos àproporção que os átomos se aproximam um do outropara formar ligações é chamado hibridização. 26
ORBITAIS HÍBRIDOS:
Teoria da Ligação de Valência
 Na hibridização, o número total de orbitais atômicosem um átomo permanece constante,
 O número de orbitais híbridos em um átomo é igual aonúmero de orbitais atômicos superpostos.
 Tipos comuns de hibridização:
 Na hibridização, o número total de orbitais atômicosem um átomo permanece constante,
 O número de orbitais híbridos em um átomo é igual aonúmero de orbitais atômicos superpostos.
 Tipos comuns de hibridização:
ORBITAIS HÍBRIDOS spORBITAIS HÍBRIDOS sp
Considere a molécula de BeF2, estrutura de Lewis:
Pelo modelo de RPENV a molécula deBeF2 é linear com duas ligações idênticas.
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ORBITAIS HÍBRIDOS:
Teoria da Ligação de Valência
ORBITAIS HÍBRIDOS spORBITAIS HÍBRIDOS sp
Considere a molécula de BeF2, estrutura de Lewis:
Pelo modelo de RPENV a molécula deBeF2 é linear com duas ligações idênticas,como podemos usar a TLV para descrevera ligação?
Pelo modelo de RPENV a molécula deBeF2 é linear com duas ligações idênticas,como podemos usar a TLV para descrevera ligação?
Be
Não explica a
estrutura do BeF2 28
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ORBITAIS HÍBRIDOS:
Teoria da Ligação de Valência
ORBITAIS HÍBRIDOS spORBITAIS HÍBRIDOS sp
Pelo modelo de RPENV a molécula deBeF2 é linear com duas ligações idênticas,como podemos usar a TLV para descrevera ligação?
Pelo modelo de RPENV a molécula deBeF2 é linear com duas ligações idênticas,como podemos usar a TLV para descrevera ligação?
Os orbitais híbridos sp são equivalentes, mas apontamem sentidos contrários, tendo portanto uma geometrialinear, separados 180°.
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ORBITAIS HÍBRIDOS:
Teoria da Ligação de Valência
ORBITAIS HÍBRIDOS spORBITAIS HÍBRIDOS sp
Para o átomo de Be no BeF2 , podemosescrever o diagrama de orbitais paraformar os dois orbitais híbridos sp:
Modelo TLVModelo TLV ARRANJOLINEARARRANJOLINEAR
HIBRIDIZAÇÃOspHIBRIDIZAÇÃOsp
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ORBITAIS HÍBRIDOS:
OrbitaishíbridosOrbitaishíbridos Lóbulo grandeLóbulo grande
Podem ser direcionados a outros átomos maisadequadamente do que os orbitais que não sofreramhibridização
Podem ser direcionados a outros átomos maisadequadamente do que os orbitais que não sofreramhibridização
spsp
Lóbulo grande
Podem ser direcionados a outros átomos maisadequadamente do que os orbitais que não sofreramhibridização
Podem ser direcionados a outros átomos maisadequadamente do que os orbitais que não sofreramhibridização Podendo se superpor mais fortemente com osorbitais dos outros átomos,Podendo se superpor mais fortemente com osorbitais dos outros átomos,
Resultando em ligações mais fortesResultando em ligações mais fortes32
ORBITAIS HÍBRIDOS:
Outras combinações possíveis de orbitais atômicosOutras combinações possíveis de orbitais atômicos
Orbitais híbridos sp2Orbitais híbridos sp2
sofrem hibridização para obter diferentes geometrias.sofrem hibridização para obter diferentes geometrias.
BF3 – o átomo central de B:BF3 – o átomo central de B:BF3 – o átomo central de B:
Os 3 orbitais híbridos sp2 localizam-se no mesmo plano,afastado 120°.Os 3 orbitais híbridos sp
2 localizam-se no mesmo plano,afastado 120°.
São usados para fazer 3 ligações equivalentes com os 3átomos de flúor,São usados para fazer 3 ligações equivalentes com os 3átomos de flúor, Geometria: trigonal planaGeometria: trigonal plana
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ORBITAIS HÍBRIDOS:
Orbitais híbridos sp3Orbitais híbridos sp3
CH4 – o átomo central de C:CH4 – o átomo central de C:
Cada um dos orbitais híbridos, sp3 tem um lóbulo grandeque aponta em direção aos vértices de um tetraedro.Cada um dos orbitais híbridos, sp3 tem um lóbulo grandeque aponta em direção aos vértices de um tetraedro.Cada um dos orbitais híbridos, sp3 tem um lóbulo grandeque aponta em direção aos vértices de um tetraedro.Cada um dos orbitais híbridos, sp3 tem um lóbulo grandeque aponta em direção aos vértices de um tetraedro.
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ORBITAIS HÍBRIDOS:
Orbitais híbridos sp3Orbitais híbridos sp3
H2O - o átomo central de O:H2O - o átomo central de O:
ARRANJO TETRAÉDRICOARRANJO TETRAÉDRICO
4 pares de elétrons ocupemorbitais híbridos sp3.4 pares de elétrons ocupemorbitais híbridos sp3.4 pares de elétrons ocupemorbitais híbridos sp3.4 pares de elétrons ocupemorbitais híbridos sp3.
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ORBITAIS HÍBRIDOS:
Hibridização envolvendo orbitais d:Hibridização envolvendo orbitais d:
Átomos do terceiro período e períodos seguintes podemusar orbitais d para formar orbitais híbridos.Átomos do terceiro período e períodos seguintes podemusar orbitais d para formar orbitais híbridos.
Átomo de P no PF5:Átomo de P no PF5:
orbitais híbridos direcionados para os vértices de umabipirâmide trigonal.orbitais híbridos direcionados para os vértices de umabipirâmide trigonal.
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ORBITAIS HÍBRIDOS:
Hibridização envolvendo orbitais d:Hibridização envolvendo orbitais d:
Molécula de SF6Molécula de SF6
3s 3p 3d
Hibridização
GeometriaoctaédricaGeometriaoctaédrica
S
sp3d2
Hibridização
3d Não- hibridizados
sp3d2 3d Não- hibridizados
SF6
Os orbitais apontam para os vértices de um octaedro
GeometriaoctaédricaGeometriaoctaédrica
37
38
ORBITAIS HÍBRIDOS:
Orientações dos orbitais híbridosOrientações dos orbitais híbridos
RPENVRPENV
A teoria RPENV ajuda na escolha dos tipos de orbitaishíbridos a serem usados na teoria da ligação de valência.39
Exemplo : Determine o tipo de orbitais híbridos
usados pelo enxofre no SF4 e explique a ligação
química nesta molécula de acordo com a teoria
da ligação de valência- TLV.
ORBITAIS HÍBRIDOS:
Estrutura de LewisEstrutura de Lewis RPENV : arranjoRPENV : arranjoBipiramidal trigonalBipiramidal trigonalEstrutura de LewisEstrutura de Lewis
RPENV : arranjo
Bipiramidal trigonalBipiramidal trigonal
sp3dsp3d
Conjunto de orbitais híbridos:
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ORBITAIS HÍBRIDOS:
Ligação covalente coordenada:Ligação covalente coordenada:
TLV : 2 elétrons são partilhados por 2 orbitais superpostosTLV : 2 elétrons são partilhados por 2 orbitais superpostos
ligaçãocovalentecoordenada.
Orbital
vazio
OrbitalOrbital
CompletoCompleto
+ elétronselétrons
Orbital 1s vazio - H+
Orbital completo com 1 parde elétrons isolado no N
NH3 41
ORBITAIS HÍBRIDOS:
LIGAÇÕES MÚLTIPLAS:LIGAÇÕESMÚLTIPLAS:
Ligações duplasou triplas
2 ou 3 pares deelétronsFormam-seFormam-se
Compartilhadosentre dois átomosCompartilhadosentre dois átomos
2s 2p
C HIBRIDIZAÇÃO
psp2
42
ORBITAIS HÍBRIDOS:
LIGAÇÕES MÚLTIPLAS:LIGAÇÕES MÚLTIPLAS:
2 destes orbitais híbridos sp2 são usados para entrelaçarcom os orbitais 1s do hidrogênio.
O terceiro orbital híbrido sp2 entrelaça com um orbitalsemelhante do outro átomo de carbono. 43
ORBITAIS HÍBRIDOS:
LIGAÇÕES MÚLTIPLAS:LIGAÇÕES MÚLTIPLAS:
Cada átomo de carbono possui1 orbital p não hibridizado
Perpendicular ao plano dos orbitais sp2
Se projeta para cima e para baixo do planodesses híbridosSe projeta para cima e para baixo do planodesses híbridos
44
ORBITAIS HÍBRIDOS:
LIGAÇÕES MÚLTIPLAS:LIGAÇÕES MÚLTIPLAS:
2 átomos de C se aproximam:
Orbitais p se aproximam lateralmenteOrbitais p se aproximam lateralmente
Segunda ligação: nuvem eletrônica concentra acima eabaixo do eixo carbono-carbono
Ligação formada pela superposição dos orbitais sp2
+
45
ORBITAIS HÍBRIDOS:
LIGAÇÕES MÚLTIPLAS:LIGAÇÕES MÚLTIPLAS:
46
ORBITAIS HÍBRIDOS:
LIGAÇÕES MÚLTIPLAS:LIGAÇÕES MÚLTIPLAS:
Ligação dupla no etileno
Duas ligações diferentes:
1. Ligação que concentra a densidade eletrônica ao longoda linha que une os núcleos1. Ligação que concentra a densidade eletrônica ao longoda linha que une os núcleos Ligação sigma (σ )
Superposição de orbitais sp2 de carbonos adjacentesSuperposição de orbitais sp2 de carbonos adjacentes
2. Ligação formada pela superposição lado a lado de doisorbitais p e que produz uma densidade eletrônica acimae abaixo da linha que une os núcleos Ligação pi (π )47
ORBITAIS HÍBRIDOS:
LIGAÇÕES MÚLTIPLAS:LIGAÇÕES MÚLTIPLAS:
Ligação dupla no etileno
Ligação sigma (σ ) Ligação pi (π )
Os dois pares de elétrons distribuem-se ocupando regiõesdiferentes do espaço e um evita o outro.Os dois pares de elétrons distribuem-se ocupando regiõesdiferentes do espaço e um evita o outro.
Ligações formadas por superposição dos orbitais 1s dohidrogênio com os orbitais híbridos sp2 do carbono
Concentram densidade eletrônica ao longo dalinha que une os átomos. C-H Ligação sigma (σ )48
ORBITAIS HÍBRIDOS:
LIGAÇÕES MÚLTIPLAS:LIGAÇÕES MÚLTIPLAS:
Acetileno
Dois orbitais são necessários
1 par de orbitais híbridos sp1 par de orbitais híbridos sp
2s 2p
C HIBRIDIZAÇÃO
sp p
2 orbitais p não hibridizados e perpendiculares aoshíbridos sp. 49
ORBITAIS HÍBRIDOS:
LIGAÇÕES MÚLTIPLAS:LIGAÇÕES MÚLTIPLAS:
Ligação simples: uma ligação σ
Ligação dupla: uma ligação σ e uma π
Ligação tripla: uma ligação σ e duas π
50