Eletronegatividade e polaridade das ligações e das moléculas; Forças intermoleculares e Propriedades físicas; Estudo do átomo de carbono

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Química Orgânica I 
 Eletronegatividade e polaridade das ligações 
e das moléculas; 
 Forças intermoleculares e Propriedades 
físicas; 
 Estudo do átomo de carbono: 
Hibridação do carbono; 
Características estruturais. 
2 
Por que estudar Química Orgânica? 
 
 Moléculas vitais contém carbono: 
◦ Proteínas, enzimas; 
◦ vitaminas, carboidratos, etc. 
 
 Síntese de substâncias orgânicas: 
◦ Tecidos sintéticos, borrachas sintéticas; 
◦ Medicamentos, pesticidas. 
3 
 Jöns Jakob Berzelius (1779–1848) definiu que... 
 
 Substâncias Orgânicas = são aquelas derivadas 
de organismos vivos que continham uma força 
vital imensurável – a essência da vida. 
 
 Substâncias Inorgânicas = são aquelas derivadas 
de minerais – as quais faltava essa força vital. 
 Porém, em 1828... 
 Friedrich Wöhler (1800 - 1882) 
 
 descobriu acidentalmente que era possível 
sintetizar a uréia [CO(NH2)2] a partir do cianato de 
amônio (NH4OCN), mostrando que a matéria 
orgânica podia criar-se de maneira química 
 
 O estudo dos compostos de carbono 
 
 Mais de 16 milhões de estruturas já identificadas 
◦ cerca de outras 1000 identificadas a cada dia! 
 
 o C é um átomo pequeno 
◦ forma ligações simples, duplas e triplas 
◦ tem eletronegatividade intermediária (2.5) 
◦ forma ligações fortes com C, H, O, N, e alguns metais 
 
◦ Carbono não ganha nem cede elétrons 
 
 
 Estrutura dos átomos 
◦ núcleo pequeno e denso, 
com diâmetro de 10-14 a 
10-15 m, contendo a maior 
parte da massa do átomo 
 
◦ espaço extra-nuclear, com 
diâmetro de 10-10 m, 
contendo elétrons 
carregados negativamente 
• 
Núcleo contendo 
nêutrons e prótons 
Espaço 
Extra-nuclear 
contendo 
elétrons 
10 -10 m 
Estrutura Atômica - Revisão 
 Os elétrons estão confinados em regiões do 
espaço, os níveis principais de energia 
(camadas) 
◦ cada camada pode conter 2n2 elétrons (n = 1,2,3,...) 
Camada 
Número 
máximo de 
elétrons 
Energia Relativa 
dos Elétrons 
nessas Camadas 
32 
18 
 8 
 2 
4 
3 
2 
1 
Maior 
Menor 
 As camadas são subdivididas em subcamadas, os 
orbitais, que recebem as letras s, p, d e f 
◦ s (um por camada) 
◦ p (3 por camada, a partir da camada 2) 
◦ d (5 por camada, a partir da camada 3) ..... 
Camada Orbitais existentes na camada 
3 
2 
1 1s 
2s, 2p x , 2p y , 2p z 
3s, 3p x , 3p y , 3p z , mais 5 orbitais 3d 
 Princípio “Aufbau” : os orbitais são 
preenchidos a partir do de menor energia 
 Princípio de Exclusão de Pauli : somente 2 
elétrons por orbital 
 Regra de Hund: num conjunto de orbitais 
degenerados, adicionar um elétron a cada 
orbital, antes de adicionar o segundo 
elétron a qualquer um deles . 
Ordem de preenchimento dos orbitais atômicos 
Sempre ocupar os níveis de menor energia. 
11 
 Camada de Valência: a camada eletrônica mais externa de um 
átomo; 
 Elétrons de Valência: os elétrons na camada de valência de um 
átomo, são os elétrons utilizados na formação de ligações 
químicas; 
 Regra do octeto: os átomos tendem a ganhar, perder ou 
compartilhar elétrons até que eles estejam rodeados por 8 elétrons 
de valência (4 pares eletrônicos); 
 Estrutura de Lewis (Gilbert N. Lewis) 
◦ O símbolo do átomo representa o núcleo e todos os elétrons das 
camadas internas; 
◦ Os pontos representam os elétrons de valência. 
12 
Representações dos elétrons de valência por pontos ao redor 
do símbolo químico de um átomo. 
Elétrons de valência não utilizados em ligações são 
chamados de elétrons não-compartilhados ou pares 
de elétrons livres. 
Revisão -Estrutura de Lewis 
Lewis 
13 
Revisão – Ligações Químicas 
 Os átomos ligam-se de modo a cada um adquirir 
a configuração eletrônica do gás nobre mais 
próximo na Tabela Periódica 
◦ um átomo que ganha elétrons torna-se um ânion; 
◦ um átomo que perde elétrons torna-se um cátion. 
 
 Dois extremos de ligações 
◦ ligação iônica: ligação química resultante da atração 
eletrostática entre um ânion e um cátion; 
◦ ligação covalente: ligação química resultante do 
compartilhamento de um ou mais pares de elétrons 
entre dois átomos. 
14 
 Eletronegatividade: medida da “força” com que 
um átomo atrai os elétrons compartilhados numa 
ligação química com outro átomo 
 
H Cl
2.1 3.0
+ -
Escala de Pauling 
- aumenta da esquerda para a direita num período 
- aumenta de baixo para cima numa coluna 
Classificação das Ligações Químicas 
 Diferença de 
 Eletronegatividade 
entre os Átomos Ligados Tipo de Ligação 
menor que 0.5 
0.5 a 1.9 
maior que 1.9 
covalente apolar 
covalente polar 
iônica 
17 
18 
• Compostos iônicos são formados quando um elemento eletropositivo 
transfere elétron(s) para um elemento eletronegativo 
Ligações Iônicas 
• Compartilhamento igual de elétrons: ligação covalente 
 apolar; 
• Compartilhamento de elétrons entre átomos com eletronegatividades 
diferentes: ligação covalente polar; 
Ligações Covalentes 
Ligações Covalentes 
 Ligação Sigma (σ): Ocorre através de uma 
interação frontal de orbitais atômicos 
 
 
 
 Ligação Pi (π): Ocorre através de uma 
interação lateral de orbitais atômicos 
 Para Escrever uma Estrutura de Lewis 
◦ determine o número de elétrons de valência 
◦ determine a disposição dos átomos 
◦ conecte os átomos por ligações simples 
◦ arranje os elétrons remanescentes de modo que 
cada átomo tenha uma camada de valência 
completa 
◦ mostre os elétrons das ligações como ligações 
simples (uma linha simples) 
◦ mostre os elétrons não ligados como pares de 
pontos 
Cloreto de Hidrogênio 
Metano Amônia 
Água 
•• 
•• 
•• 
•• 
•• 
•• 
H O 
H 
H 
H N H C 
H 
H 
H Cl 
H 
H 
H 
2 
O ( 8 ) 
NH 
3 
 ( 8 ) CH 4 ( 8 ) 
HCl ( 8 ) 
Ácido Carbônico M etanal 
Etileno 
•• 
•• 
•• 
•• 
•• 
•• 
•• 
•• 
H 
C C 
H 
H 
O 
C C 
H 
O 
H 
O 
H 
H H 
O 
C 2 H 4 ( 12 ) 
Acetileno 
C C H H 
C 2 H 2 ( 10 ) 
CH 2 O ( 12 ) 
H 2 CO 3 ( 24 ) 
 Em moléculas neutras 
◦ o hidrogênio faz apenas uma ligação 
◦ o carbono faz 4 ligações e não tem elétrons não-
compartilhados 
◦ o nitrogênio faz 3 ligações e tem 1 par de elétrons 
não-compartilhados 
◦ o oxigênio faz 2 ligações e tem 2 pares de elétrons 
não-compartilhados 
◦ os halogênios fazem 1 ligação e têm 3 pares de 
elétrons não-compartilhados 
Dipolos médios de ligação de 
algumas ligações covalentes 
C-F 
C-Cl 
C -Br 
C-I 
H-O 
H-N 
H-C C-O 
C-N 
H-S 
C=O 
Ligação 
1.4 
1.5 
1.4 
1.2 
1.5 
1.3 
0.3 0.7 
0.2 
0.7 
2.3 
3.5 
 Dipolo 
 (D) 
C=N - - 
Ligação 
 Dipolo 
 (D) 
 Dipolo 
 (D) Ligação 
 Para determinar se uma molécula é polar, nós 
precisamos determinar 
◦ se a molécula tem ligações polares 
◦ o arranjo espacial dessas ligações 
 
 Momento de Dipolo (): é o vetor soma dos 
dipolos individuais de cada ligação na molécula 
27 
 Estas moléculas têm ligações polares, mas 
momento de dipolo zero 
O C O 
 -  -  + 
Dióxido de carbono 
 = 0 D 
B 
F 
F 
F 
Trifluoreto de Boro 
 = 0 D 
C 
Cl 
Cl Cl 
Cl 
Tetracloreto de carbono 
 = 0 D 
28 
 Estas moléculas têm ligações polares, e um 
momento de dipolo maior que zero 
N 
H 
H 
H 
O 
H 
H 
 Água 
 = 1.85D 
Amônia 
  = 1.47D 
direção do 
momento 
de dipolo 
da amônia 
direção do 
momentode dipolo 
da água 
29 
30 
Ligações de Hidrogênio 
31 
32 
O Carbono é um átomo pequeno forma ligações 
simples, duplas e triplas; 
-tem eletronegatividade intermediária (2.5); 
-forma ligações fortes com C, H, O, N, e 
alguns metais. 
33 
 
 
É um conjunto de 4 elementos que formam praticamente todos 
os compostos da Química orgânica. 
 
Além do carbono, que é tetravalente, temos: 
34 
 
 
Outros elementos que também formam compostos orgânicos, 
mas em menor número, são: 
35 
- A combinação de dois ou mais orbitais 
atômicos para formar um novo conjunto 
de orbitais atômicos, denominados de orbitais 
atômicos híbridos; 
-Um átomo de carbono tende a partilhar elétrons em 
ligações covalentes; 
 
 
 
 
- Um único átomo de carbono pode partilhar um 
máximo de quatro pares de elétrons para formar 
compostos do tipo metano CH4. 
 
 
 
 
36 
Linus Pauling 
Estrutura do metano 
 
Tetraedro regular com hidrogênio nos quatro vértices e 
carbono no centro, sendo os ângulos H-C-H de 109,5° 
 
 
 
 
 
 
Como explicar o carbono formando quatro ligações 
covalentes? 
- Os quatro orbitais do carbono também devem ser 
equivalentes. 
 
 
 
37 
- Se os átomos de H se ligam aos orbitais 2s, 2px, 2py e 
2pz, os ângulos entre as ligações seriam diferentes de 
109,5°. 
 
 
 
 
 
- A explicação está baseada na hibridização (hibridação) 
de quatro orbitais atômicos. 
 
 
 
38 
Os orbitais 2s, 2px, 2py e 2pz do carbono, 
cada um contendo um elétron de 
valência, formam quatro orbitais sp³ 
equivalentes. 
 
 
39 
- O átomo de carbono ocupa o centro do tetraedro e os átomos de 
hidrogênio ocupam os vértices. 
-Permitem a formação de ligações mais fortes (σ) e nas direções 
adequadas para minimizar as repulsões dos núcleos de hidrogênio. 
 
 
- Oxigênio e o Nitrogênio também podem ter hibridização sp³. 
 
- O ângulo de ligação H-X-H diminui na ordem: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- Os elétrons em uma ligação, são atraídos por dois núcleos, eles não 
se repelem tanto quanto os pares de elétrons não-ligantes. 
Consequentemente, os ângulos de ligação diminuem quando o número 
de pares de elétrons não-ligantes aumenta. 
 
 
 
 
40 
C
H
H
H
H
109,5 °
tetraédrica
N
H
H
H
107 °
piramidal
O
H
H
104,5 °
angular
2s
2px 2py 2pz
s
p p ppromoção sp2sp2 sp2
p
hibridização
orbitais híbridos
Estado fundamental de um
átomo de carbono
1s
Três orbitais 
são hibridizados 
Vista frontal Vista superior 
O carbono no eteno está ligado a três átomos, de modo que ele hibridiza três 
orbitais – um “s” e dois “p”. 
41 
Orbitais Híbridos sp2 
 
 
Observe que, o carbono deve reservar 1 orbital p puro (sem 
hibridizar) para fazer a ligação . 
42 
 
 
43 
- A aproximação entre dois átomos de carbono sp² leva à formação da 
ligação σ (sp²-sp²) por meio da sobreposição frontal entre os orbitais 
sp² de cada átomo. 
 
- A sobreposição lateral entre os orbitais 2p resulta na ligação π. 
 
 
44 
- Neste caso, um orbital 2s se combina com um orbital 2p para 
formar dois orbitais híbridos sp. A ligação σ (C-C) é formada pela 
sobreposição frontal dos orbitais sp, cada um de um carbono. 
 
 
Observe que, neste caso, o 
carbono deve reservar 2 
orbitais p puros (sem 
hibridizar) para fazer as 
ligações . 
 
45 
 
 
46 
 
 
47 
- O átomo de carbono que se liga a outros átomos por meio de 
uma ligação σ e duas ligações π, apresenta hibridização sp; 
 
- O ângulo entre os orbitais é de 180 ° e a geometria é linear; 
 
-O hidrocarboneto mais simples que possui carbono sp é o 
acetileno: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
48 
- O átomo central do aleno também apresenta hibridização sp. 
 
 
49 
• Uma ligação  é mais fraca que uma ligação s; 
• Quanto maior a densidade de elétrons na região de sobreposição dos 
orbitais, mais forte a ligação; 
• Quanto maior o caráter s, mais curta e mais forte a ligação. 
50 
Resumo 
 
 
O CARBONO FORMA CADEIAS 
 
O carbono é capaz de formar cadeias (ligações químicas 
sucessivas) com outros átomos de carbono. 
O raio atômico relativamente pequeno do carbono e o fato de ele 
fazer 4 ligações são o que permite a formação de cadeias carbônicas 
às vezes muito longas e até em 4 direções. 
 
51 
REPRESENTAÇÃO DE FÓRMULAS ESTRUTURAIS 
FÓRMULA DE TRAÇO (ESTRUTURAS DE KEKULÉ): 
 REPRESENTAÇÃO DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS ENTRE TODOS OS 
ÁTOMOS QUE FORMAM A MOLÉCULA. NÃO SE REPRESENTA OS e- 
DA CAMADA DE VALÊNCIA. 
 
 
H C C OH
H
H
H
H
H C C C
H
H
H
H
C
F
H
H
H
H
52 
Cadeias Carbônicas 
FÓRMULA CONDENSADA: 
 NÃO SE REPRESENTA AS LIGAÇÕES QUÍMICAS ENTRE OS 
ÁTOMOS. ESCREVE-SE A SEQUÊNCIA DE COMO ESTES APARECEM 
NA MOLÉCULA. A ORDEM É “C”, “H” E LOGO EM SEGUIDA OS 
HETEROÁTOMOS EM ORDEM ALFABÉTICA. 
 
 
H C C OH
H
H
H
H
H C C C
H
H
H
H
C
F
H
H
H
H
CH3CH2OH CH3CH2CHFCH3
REPRESENTAÇÃO DE FÓRMULAS ESTRUTURAIS 
53 
Cadeias Carbônicas 
FÓRMULA DE LINHA DE LIGAÇÃO: 
 REPRESENTAMOS SOMENTE OS HETEROÁTOMOS E GRUPOS 
FUNCIONAIS. ÁTOMOS DE “H” LIGADOS A “C” NÃO SÃO 
REPRESENTADOS. EM CADA VÉRTICE E FINAL DE UMA LINHA, 
CONSIDERAMOS A EXISTÊNCIA DE 1 ÁTOMO DE CARBONO. 
 
 
H C C OH
H
H
H
H
H C C C
H
H
H
H
C
F
H
H
H
H
OH
F
REPRESENTAÇÃO DE FÓRMULAS ESTRUTURAIS 
54 
Cadeias Carbônicas 
CADEIA LINEAR: 
TIPOS DE CADEIA CARBÔNICA 
H C C H
H
H
H
H
H C C C
H
H
H
H
H
H
H
OH
55 
Cadeias Carbônicas 
CADEIA RAMIFICADA: 
TIPOS DE CADEIA CARBÔNICA 
H C C C
H
H
CH2
H
H
H
H
H
H C C C
H
H
CH2
CH2
H
H
H
H
H
56 
Cadeias Carbônicas 
SATURADAS: 
TIPOS DE CADEIA CARBÔNICA 
H C C C
H
H
H
H
H
H
H
OH
H2C
CH
C
H2
H2
C
CH2
CH2
57 
Cadeias Carbônicas 
INSATURADAS: 
TIPOS DE CADEIA CARBÔNICA 
H
C
C C
H
H
H
H
H
HC
CH
C
H2
H
C
CH2
CH2
HC
HC
C
H
H
C
CH
CH
H
C C CH
H
H
58 
Cadeias Carbônicas 
 
 
CLASSIFICAÇÃO DOS CARBONOS 
 
 A classificação de um átomo de carbono numa cadeia 
tem como único critério o número de carbonos que estão 
ligados ao carbono que será classificado. Independe do tipo de 
ligação que há entre eles. 
 Assim, temos: 
 
a) Carbono primário 
 
 É aquele que está ligado a, no máximo, 1 outro átomo 
de carbono. 
59 
 
 b) Carbono secundário 
 
 É aquele que está ligado a 2 outros átomos de carbono. 
 
Exemplos: 
60 
 
 c) Carbono terciário 
 
 É aquele que está ligado a 3 outros átomos de carbono. 
 
Exemplos: 
 
61 
 
 d) Carbono quaternário 
 
 É aquele que está ligado a 4 outros átomos de carbono. 
 
Exemplo: 
 
 
62 
Exercícios: 
 
 
1- Qual das ligações em uma ligação dupla carbono-carbono tem sobreposição 
de orbital mais efetiva: a ligação sigma ou a ligação pi? 
 
2- Por que é esperado que uma ligação sigma C-C, formada pela sobreposição 
sp2-sp2, seja mais forte que uma ligação sigma formada pela sobreposição sp3-
sp3? 
 
3- Qual é a hibridização de cada átomo de carbono na substância abaixo? 
63 
5 - Que orbitais são usados para formar a ligação C-C entre os 
átomos marcados? 
4 - Converta as estruturas condensadas em fórmulas de linha de 
ligação: 
64