Formas e Estrutura das Moléculas

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10/03/2014
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA AGROALIMENTAR
UNIDADE ACADÊMICA DE ECNOLOGIA DE ALIMENTOS
Professor: Adriano Sant’Ana
Pombal – PB
QUIMICA GERAL
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FORMAS E ESTRUTURA 
DAS MOLÉCULAS
Forma e estrutura das moléculas
Importância
Os materiais do futuro serão formulados
baseados na compreensão de como o arranjo
de seus átomos moléculas determinam as
suas propriedades.
Diante disso, grande parte dos materiais
inventados leva-se em consideração como as
propriedades e interações das partículas e
como elas influenciam suas propriedades.
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• As estruturas de Lewis ajudam-nos a entender as
composições das moléculas e respectivas ligações
covalentes;
• Entretanto, elas não mostram um dos mais importantes
aspectos das moléculas – sua forma espacial como um
todo;
• As moléculas têm forma espaciais e tamanhos definidos
pelos ângulos e pelas distâncias entre os núcleos de seu
átomos constituintes;
• Alguns dos mais significativos exemplos dos papéis da
forma e do tamanho molecular são vistos nas reações
bioquímicas;
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Forma e estrutura das moléculas
Introdução
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Forma e estrutura das moléculas
Introdução
Água Água congelada
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Forma e estrutura das moléculas
Introdução
Água Água congelada
Introdução
A forma e estrutura de uma molécula (geometria molecular)
refere-se ao arranjo tridimensional de átomos em uma
molécula, qual pode influenciar muitas propriedades físicas
e químicas de uma molécula, como o ponto de fusão
ebulição, densidade e tipos de reações em que a molécula
participa.
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Forma e estrutura das moléculas
Três teorias são amplamente utilizadas para a descrição da
geometria das moléculas, as quais citam-se:
1. Modelo de Repulsão dos Pares de
Eletrônicos da Camada de Valência
(RPECV);
2. Teoria da Ligação de Valência (TLV)
3. Teoria dos Orbitais Moleculares (TOM)
Modelo RPECV
O modelo RPECV procura explicar o arranjo geométrico dos
pares eletrônicos em torno de uma átomo central em termos da
repulsão eletrostática entre os pares de elétrons.
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Forma e estrutura das moléculas
Três regras determinam a aplicação do Modelo RPECV:
1. As regiões de altas concentrações de elétrons s repelem
para reduzir ao máximo a repulsão, mantendo-se o mais
afastado o possível;
2. Não existe distinção entre ligações simples ou múltiplas;
3. Quando existe mais de um átomo central as ligações de
cada átomo são tratadas independentemente.
Modelo RPECV
Podemos encontrar três tipos de forças repulsivas:
•Forças repulsivas entre pares ligantes;
•Forças repulsivas entre pares isolados;
•Forças repulsivas entre pares ligantes e pares isolados.
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Forma e estrutura das moléculas
Par isolado
versus Par isolado
Par isolado
versus Par ligante
Par ligante
versus Par ligante> >
Intensidade da repulsão em uma molécula
Ocupam mais espaço e
tem maior distribuição
espacial, por isso maior
repulsão.
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Modelo RPECV
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Forma e estrutura das moléculas
Quando utilizamos o modelo RPECV em moléculas
devemos considerar duas situações:
•O átomo central não tem pares de elétrons isolados;
•O átomo central tem pares de elétrons isolados.
CH4
NH3
CH H
H
H
C
H H
H
H
NH H
H
C
H H
H
Tetraédrico
Trigonal
piramidal
Modelo RPECV
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Forma e estrutura das moléculas
Os elétrons não-ligantes e as ligações múltiplas
apresentam vários efeitos nos ângulos de ligação de
algumas moléculas.
104.5O107O
N
HHH
C
H
HHH
109.5O
O
HH
No caso das ligações múltiplas, existe uma maior
densidade de carga eletrônica que ligações simples, de
forma que ligações múltiplas também representam
domínios de elétrons maiores.
Cl
C O
Cl
111,40
124,30
Modelo RPECV
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Forma e estrutura das moléculas
O átomo central não tem pares de elétrons isolados
Modelo RPECV
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Forma e estrutura das moléculas
O átomo central não tem pares de elétrons isolados
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Modelo RPECV
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Forma e estrutura das moléculas
O átomo central tem pares de elétrons isolados
Modelo RPECV
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Forma e estrutura das moléculas
O átomo central tem pares de elétrons isolados
Modelo RPECV
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Forma e estrutura das moléculas
Regras úteis para a aplicação do modelo RPECV a todos os
tipos de moléculas:
1) Escreva a estrutura de Lewis da molécula, considerando
apenas os pares de elétrons que estão ao redor do átomos
central;
2) Conte o nº de elétrons ao redor do átomo central (pares
ligantes e pares isolados);
3) Utilize as tabelas para prever o arranjo eletrônico e a
geometria da molécula;
4) Ao prever os ângulos de ligações, lembre que as repulsões
entre um par isolado e outro par isolado, ou entre par
isolado e um par ligante, são maiores do que a repulsão
entre dois pares ligantes.
Modelo RPECV
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Forma e estrutura das moléculas
Exemplos:
Use o modelo RPECV para determinar a geometria molecular
de: a) SF4; b) IF5; c)O3; d)SnCl3-; e)CH2Cl2; f)NH3; g)H2O
a) SF4;
S
F
F
F F
Escrevemos a
estrutura de
Lewis, focando o
átomo central
Identificamos o
arranjo e geometria
da molécula
S
F
F
F
F
Porque não usar
esta estrutura?
Equatorial Axial
S
F
F
F F
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Modelo RPECV
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Forma e estrutura das moléculas
Moléculas com níveis de valência expandidos
Para minimizar a repulsão e- e- , os pares de
elétrons livres são sempre colocados em posições
equatoriais
Modelo RPECV
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Forma e estrutura das moléculas
Exemplos:
Identificar o arranjo das seguintes moléculas com mais de um
átomo central:
a) CH3COOH (Ácido acético)
b) C4H4OH
C
H
H
H C O H
=O
C
H
H
H C C C
H
H
O H
Modelo RPECV
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Forma e estrutura das moléculas
Formas espaciais de moléculas maiores
• No ácido acético, CH3COOH, existem três átomos
centrais.
• Atribuímos a geometria ao redor de cada átomo central
separadamente.
Momento Dipolo e Forma Espacial
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Forma e estrutura das moléculas
O estudo da forma e geometria permite identificar se uma
molécula constituída por três ou mais átomos são polares ou
apolares. No caso de moléculas diatômicas utilizamos a tabela
de eletronegatividade. Por outro lado, para moléculas
poliatômicas utilizamos o momento dipolo.
HCl H Cl
C OCO
N ONO
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Momento Dipolo e Forma Espacial
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Forma e estrutura das moléculas
Momento Dipolo e Forma Espacial
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Forma e estrutura das moléculas
Momento Dipolo e Forma Espacial
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Forma e estrutura das moléculas
Qual das seguintes moléculas tem momento dipolo?
H2O, CO2, SO2, and CH4
O
Molécula com 
momento dipolar
S
CO O
Molécula sem
Momento dipolar
Molécula com 
momento dipolar
C
H
H
HH
Molécula sem
Momento dipolar
Teoria da Ligação de Valência (TLV)
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Forma e estrutura das moléculas
Teoria com base na mecânica quântic utilizada para
descrever a formação da ligação covalente e a estrutura
eletrônica das moléculas.
Supõe que os elétron em uma molécula ocupam orbitais
atômicos dos átomos individuais.
Como exemplo temos o H2,
em que ocorre o
recobrimento dos dois
orbitais atômicos 1s do
átomo de H.
Região de 
superposição
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Teoria da Ligação de Valência (TLV)
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Forma e estrutura das moléculas
Teoria da Ligação de Valência (TLV)
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Forma e estrutura das moléculas
Na teoria de Lewis a ligação covalente ocorre quando o
átomos compartilham elétrons. Tal compartilhamento
concentra densidade de elétronica entre os núcleos.
Na TLV, o acúmulo de densidade eletrônica entre dois
núcleos pode ser considerado como o que ocorre quando um
orbital atômico de valência de um átomo se funde com o do
outro átomo.Diz-se que os orbitais superpõem-se.
Teoria da Ligação de Valência (TLV)
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Forma e estrutura das moléculas
A TLV é ideal para moléculas diatômicas, porém para
moléculas poliatômicas, supomos que os orbitais atômicos
em um átomos formam novos orbitais chamada orbitais
híbridos.
Para a explicação das ligações químicas a TLV utiliza orbitais
híbridos hipotéticos, os quais são orbitais atômicos obtidos
quando dois ou mais orbitais não equivalente do mesmo
átomo se combinam para a formação de ligações covalentes.
Teoria da Ligação de Valência (TLV)
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Forma e estrutura das moléculas
Hibridização: variação dos orbitais atômicos à proporção que
os átomos se aproximam um do outro para formar ligações.
Tipos de hibridização:
1) sp
2) sp2
3) sp3
4) sp3d
5) sp3d2
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Teoria da Ligação de Valência (TLV)
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Forma e estrutura das moléculas
Exemplos:
a) BeF2
b) BF3
c) CH4
d) PF5
e) SF6
Teoria da Ligação de Valência (TLV)
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Forma e estrutura das moléculas
Teoria da Ligação de Valência (TLV)
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Forma e estrutura das moléculas
Teoria da Ligação de Valência (TLV)
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Forma e estrutura das moléculas
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Teoria da Ligação de Valência (TLV)
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Forma e estrutura das moléculas
A hibridização permite a introução do conceito das ligações sigma
e pi, para descrever a formação de duplas e triplas ligações.
Ligação sigma (σσσσ) – ligações formadas pelo recobrimento dos
orbitais pelas suas extremidades, com a densidade eletrônica
oncntrada entre os núcleos dos átomos envolvidos na ligação
química.
Ligação pi (pipipipi) – ligação covalente formada pelo recobrimento
lateral os orbitais com densidade eletrônica concentrada acima e
abaixo do plano que contém os núcleos dos átomos envolvidos na
ligação.
Teoria da Ligação de Valência (TLV)
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Forma e estrutura das moléculas
Exemplo:
C2H4 (eteno) C = C
H
H
H
H
Teoria da Ligação de Valência (TLV)
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Forma e estrutura das moléculas
A hibridização também é útil para moléulas que têm ligações
duplas e triplas.
Exemplo:
C2H4 (eteno)
C CHH
H
H
6C = 1s2 2s2 2p2
2s 2p
F
P
H
sp2 2pz
pi
σ
piσ
σ
σ
σ
σ
Teoria da Ligação de Valência (TLV)
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Forma e estrutura das moléculas
Exemplos:
Identificar a hibridização das seguintes moléculas com mais de
um átomo central:
a) CH3COOH (Ácido acético)
b) C4H4OH
C
H
H
H C O H
=O
C
H
H
H C C C
H
H
O H