apostila de quimica organica Thiago Viana
194 pág.

apostila de quimica organica Thiago Viana


DisciplinaQuímica Orgânica I13.813 materiais254.763 seguidores
Pré-visualização48 páginas
Orbital atômico
do carbono
Hibridação
Orbitais híbridos sp³
H
H
H
H C
H
H
H
H
C
sp 3
sp 3
sp 3
sp 33p 3s
33
ppsspp 3
sp 3sp
sp 3
3
ADICIONA
QUATRO H COMBINA SP³ E 1S
109,5º
23 
Os ângulos de ligações dos átomos de carbono no etano (C2H6), e de todos os alcanos, tam-
bém são tetraédricos como no metano. Um modelo satisfatório para o etano pode ser obtido 
pelos átomos de carbono com hibridação sp3.
A hibridação dos orbitais atômicos não é uma aproximação matemática exclusiva do áto-
mo de carbono. Baseado na geometria molecular obtido pelo modelo de repulsão dos pares de 
elétrons da camada de valência (vSe pr ) pode-se por exemplo, atribuir hibridações sp3 para 
os átomos de nitrogênio e oxigênio nas moléculas de amônia e metanol, respectivamente. 
B. Carbono Trigonal Planar \u2013 Orbital Atômico Híbrido sp2
O eteno (C2H4) é o hidrocarboneto mais simples que possui ema dupla ligação carbono-carbono. 
Os seis átomos, dois carbonos e quatro hidrogênios são coplanares e possuem ângulos de liga-
ção de aproximadamente 120º. As ligações no eteno podem ser obtidas assumindo que o átomo 
de carbono utiliza três orbitais atômicos híbridos sp2 e um orbital p. Os três orbitais híbridos 
do carbono são obtidos através da combinação de um orbital atômico 2s e dois dos três orbitais 
atômicos 2p. A maior densidade eletrônica (lobos dos orbitais) dos orbitais híbridos sp2 estão 
coplanares entre si e perpendiculares ao orbital não hibridizado remanescente p, com ângulos 
de 120º entre os seus eixos. Sua orientação é trigonal. A sobreposição dos orbitais atômicos 
híbridos sp2 dos átomos de carbono no eixo internuclear forma a ligação \u3c3 carbono-carbono. 
Já a sobreposição lateral dos orbitais atômicos p dos átomos de carbono dá origem a ligação \u3c0.
1s
2s
2p
x y z
1s
2s
2p
x y z
1s
ESTADO FUNDAMENTAL ESTADO EXCITADO ESTADO HIBRIDIZADO
EN
ER
G
IA
EN
ER
G
IA
E N
ER
G
IA
Orbital atômico
do carbono
Orbital atômico
do carbono
Orbital atômico
do carbono
Hibridação
Orbitais híbridos sp²
z
C + C + H6 C C
H
H
H H
H
H
\u3a3
\u3c3
CABONO SP³ CABONO SP³
L IGAÇÃO
L IGAÇÕES
N
H
H
H
3 \u3c3 Nsp3-H1s
C O
H
H
H
H
sp3-Osp3
\u3c3 Osp3-H1s
\u3c3 Csp3-H1s
\u3c3 Osp3-H1s
O
Hsp3Osp3
OOOOO
HHHHHHHH
-H
OO 3O
H1s
sp33 O3--O
C
H
H
H
AMÔNIA
H
N
H
H
GEOMETRIA TETRAÉDRICA
24
C C
H
H
H
H
sp2
sp2
sp2 C
H
H
C
H
H
\u3c3 C sp2-C sp2
pi C p-C p
C
ETENO
ORBITAL P
SOBREPOSIÇÃO DE ORBITAIS P
120º
120º
120º
A interação entre os orbitais atômicos p paralelos dos carbono é melhor visua-
lizada quando construimos um modelo no plano do esqueleto \u3c3 da molécula do 
eteno. Observe a diferença no formato do orbital molecular ligante de uma ligação 
\u3c0, quando comparado com a ligação \u3c3. Uma ligação \u3c3 tem simetria cilíndrica ao 
redor de uma linha conectando os dois núcleos ligados. Já a ligação \u3c0 tem um 
plano nodal passando através dos dois núcleos ligados e entre os lóbulos do orbital 
molecular ligante.
Compostos orgânicos simples, como por exemplo a metanimina e o formaldeído possuem 
respectivamente os átomos de nitrogênio e oxigênio com hibridação sp2. A geometria mole-
cular trigonal segundo o modelo vSe pr de ambos corrobora com essa hibridação.
2s
\u3c8+
\u3c8\u2212
x
2px
z
2pz
2s
2py
sp2
ORBITAL ORBITAL
ORBITAL
ORBITAL HÍBRIDO
2pyORBITAL
+
C
H
H
C
H
H
\u3c3 C -C
SOBREPOSIÇÃO DE ORBITAIS p
C
H
H
C
H
H
sp2 sp2
\u3c3 C -Csp2 sp2
\u3c3 C -Hsp2 1s
\u3c3 C -Hsp2 1s
pi Cp- Cp
pi Cp- Cp
C C
H
H
H
H
C
H
H
N
H
\u3c3 C -Nsp2 sp2C N
H
H
H
pi Cp- Np
C O
H
H
p p
sp²
sp²
sp²
sp²
pi Cp- Np
METANIMINA FORMALDEÍDO
O
EÍDOO
C
H
H
O\u3c3 C -Osp2 sp2
pi Cp- Op
p p
sp²
sp²
sp²
sp²
pi Cp- Op
25 
C. Carbono Linear \u2013 Orbital Atômico Híbrido sp
O composto orgânico mais simples contendo uma tripla ligação é o etino (C2H2). Essa molé-
cula possui uma geometria molecular linear com ângulos de 180º contendo três ligações \u3c3 e 
duas ligações \u3c0. Cada átomo de carbono forma duas ligações s com átomos de hidrogênio e 
uma ligação s enttre eles. Portanto, dois orbitais atômicos híbridos com geometrias lineares 
são necessários. Esses orbitais híbridos são formados pela hibridação de um orbital atômico 
2s e um orbital 2p do carbono. Os orbitais atômicos p remanescentes são responsáveis pela 
formação das ligações \u3c0.
A ligação tripla pode também ser formada entre o átomo de carbono e outros elementos. A 
mais importante é a ligação tripla CN presente no cianeto ou nitrila. Tanto carbono quanto o 
nitrogênio são hibridizados sp conferindo às nitrilas uma geometria molecular linear, colo-
cando o par de elétrons desemparelhado do nitrogênio em um orbital sp também.
1s
2s
2p
x y z
1s
2s
2p
x y z
1s
z
2s
y +
y -
x 2s
+
y
+
z
ESTADO FUNDAMENTAL ESTADO EXCITADO ESTADO HIBRIDIZADO
Hibridação
Orbitais hibridos sp
ORBITAL ATÔMICO
DO CARBONO
ORBITAL ATÔMICO
DO CARBONO
ORBITAL ATÔMICO
DO CARBONO
Orbital 2px
Orbital 2py
Orbital 2pz
EN
ER
G
IA
EN
ER
G
IA
EN
ER
G
IA
O RBITAL HÍBRIDO SP²
Orbital 2py
C CH H spsp sp
p y p y
p z p z
s C sp-C sp
p Cpy -Cpy
p Cpz- Cpz
spsp
E TINO
180°
sp
p Cpz-
p
spspH
- Cpz
CCpy -Cpy Cpypy-Cpy py
CC CC
sp spC
Pz
Py
H
Pz
Py
Pz
Py
sp
26
7 Energia dos Orbitais Moleculares
Em geral, os orbitais moleculares de menor energia são os orbitais moleculares sigma ligan-
tes. Eles possuem baixa energia, pois a sobreposição dos orbitais atômicos ocorre no eixo 
internuclear, sendo por isso muito efetiva. Por essa mesma razão os orbitais moleculares 
sigma antiligantes são os mais energéticos. Os orbitais moleculares pi ligantes não são tão 
estáveis quanto os orbitais sigma ligantes pois a sobreposição dos orbitais atômicos ocorre 
lateralmente sendo por isso menos efetiva. Por razões semelhantes os orbitais pi antiligantes 
possuem menos energia do que os orbitais sigma antiligante. Finalmente os orbitais não li-
gantes, ou seja, não é nem ligante e nem antiligante possuem energias intermediárias entre 
os orbitais moleculares ligantes e antiligantes.
Veja a seguir diagramas de níveis de energia dos orbitais moleculares de alguns compostos 
orgânicos poliatômicos.
sp
sp
p y p y
p z p z
s C sp-C sp
p Cpy -Cpy
p Cpz- Cpzp Cpz-
p
sp
- Cpz
CCpy -Cpy Cpypy-Cpy py
CC CC
Pz
Py
s Csp-CspH3C C N C
H
H
H
Pz
Py
C N
sp³
sp³
sp³
sp³
ACETONITRILA
Maior energia
Menor energia
En
er
gi
a
O RBITAIS MOLECULARES
Sigma antiligante
Pi antiligante
Não ligante
Pi ligante
Sigma ligante
C C
H
H
H
H
H
H
7 \u3c3
7 \u3c3\u2217
C C
H
H H
H
5 \u3c3
pi C-C
5 \u3c3\u2217
pi\u2217 C-C
C O
H
H
3 \u3c3
pi C -O
3 \u3c3\u2217
pi\u2217 C -O
ORBITAIS ATÔMICOS
 NÃO L IGANTES
DO OXIGÊNIO
FORMALDEÍDOETANO ETENO
En
er
gi
a
En
er
gi
a
En
er
gi
a
27 
Resumo e Palavras-chave
Um átomo é constituído de um núcleo carregado positivamente rodeado por um ou mais 
elétrons negativamente carregados. A estrutura eletrônica de um átomo é melhor descrita 
por uma equação de onda mecânico-quântica, onde se considera que os elétrons ocupam os 
orbitais atômicos em torno do núcleo. A definição de orbitais atômicos consiste na região 
em torno do núcleo onde há a maior probabilidade de se encontrar os elétrons. Esses orbitais 
possuem diferentes níveis quânticos de energias e formas