Teoria Orbitais Moleculares

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TEORIA DOS ORBITAIS MOLECULARES (TOM)
Prof.: Valmir Jacinto da Silva
INTRODUÇÃO ÀS LIGÃÇÕES QUÍMICAS
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TEORIA DOS ORBITAIS MOLECULARES (TOM)
 De acordo com a Teoria dos Orbitais Moleculares (TOM), uma molécula contém um certo arranjo de núcleos atômicos e, distribuído sobre estes núcleos, há um conjunto de orbitais moleculares.
 
 A estrutura eletrônica da molécula é obtida pela colocação do número apropriado de elétrons nestes orbitais moleculares, seguindo as mesmas regras aplicadas ao preenchimento dos orbitais atômicos.
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TEORIA DOS ORBITAIS MOLECULARES (TOM)
 Nesta teoria, os elétrons da camada de valência são tratados como se estivessem associados a todos os núcleos da molécula. Portanto, os orbitais atômicos de átomos diferentes devem ser combinados para formar orbitais moleculares (OM).
 Não se tem uma descrição precisa de quais são as formas destes orbitais moleculares numa molécula ou num íon particular. 
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TEORIA DOS ORBITAIS MOLECULARES (TOM)
 O que parece ser uma descrição aproximadamente correta é considerá-los uma combinação linear das funções de onda dos orbitais atômicos (CLOA), que residem nos núcleos, que constituem a moléculas. 
 Estas combinações são construídas, considerando-se as interferências construtivas e destrutivas das ondas eletrônicas, dos átomos na molécula. 
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COMBINAÇÃO LINEAR DE FUNÇÃO DE ONDA
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 Tomando a formação da molécula de H2, de acordo com a Teoria dos Orbitais Moleculares, considera que apenas as funções de onda dos orbitais atômicos (AO) da camada de valência de cada átomo serão utilizadas na construção de orbitais moleculares (OM).
 Deste modo, os orbitais moleculares para a molécula do H2 são construídos pela combinação linear da função de onda dos dois orbitais atômicos do hidrogênio 1s, como mostrado na equação (1):
TOM PARA MOLÉCULAS DIATÔMICAS
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TOM PARA MOLÉCULAS DIATÔMICAS
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TOM PARA MOLÉCULAS DIATÔMICAS
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TOM PARA MOLÉCULAS DIATÔMICAS
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TOM PARA MOLÉCULAS DIATÔMICAS
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 No caso da molécula de H2, temos que uma contribuição igualitária de cada orbital atômico 1s, ou seja, CA2 = CB2 . Especificamente para a molécula de H2 temos que CA = CB .
 Os coeficientes de contribuição linear de cada orbital atômico para formação do orbital molecular, dependem diretamente do número atômico e da eletronegatividade de cada átomo.
TOM PARA MOLÉCULAS DIATÔMICAS
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 É importante observar que os sinais dos coeficientes de contribuição linear dos orbitais atômicos desempenham papel fundamental na determinação da energia dos orbitais moleculares; 
 Na realidade, os sinais de C, refletem se a combinação das funções de onda de dois orbitais atômicos irá gerar interferência construtiva ou destrutiva, ou seja, se haverá aumento ou redução de densidade eletrônica naquela região da molécula.
TOM PARA MOLÉCULAS DIATÔMICAS
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 Finalmente, quatro pontos precisam ser destacados:
 1 - Da mesma forma que nos caso de OA, os elétrons são distribuídos nos OM respeitando o princípio da mínima energia, o princípio da exclusão de Pauli e o princípio da máxima multiplicidade de Hund;
 2 - O número total de OM, de uma molécula é sempre igual ao número de OA fornecidos pelos átomos que se combinam;
TOM PARA MOLÉCULAS DIATÔMICAS
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 3 - As combinações de OA para formar OM, dependem das respectivas simetrias e energias de cada orbital atômico;
 4 - Os OA se combinam para formar OM de forma mais eficaz quando possuem energia semelhante.
TOM PARA MOLÉCULAS DIATÔMICAS
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TOM PARA MOLÉCULAS DIATÔMICAS
REPRESENTAÇÕES DOS ORBITAIS ATÔMICOS DA MOLÉCULA DE H2
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TOM PARA MOLÉCULAS DIATÔMICAS
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ORBITAIS MOLECULARES LIGANTES E ANTILIGANTES
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ORBITAIS MOLECULARES LIGANTES E ANTILIGANTES
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ORBITAIS MOLECULARES LIGANTES E ANTILIGANTES
 Quando duas funções de onda do orbital 1s se somam elas contribuem para o aumento da densidade eletrônica entre os dois núcleos. Esta contribuição reduz o potencial coulômbico da molécula, logo o elétron ocupa um orbital molecular ligante. 
 No entanto, quando ocorre à subtração entre as funções de onda do orbital 1s elas se cancelam no espaço internuclear, consequentemente é produzido um plano nodal. 
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ORBITAIS MOLECULARES LIGANTES E ANTILIGANTES
 Ao elevarmos a função de onda do orbital molecular ao quadrado, a densidade de probabilidade resultante é sempre positiva em qualquer lugar do espaço, menos no plano nodal. 
 A ausência de densidade eletrônica na região internuclear provoca um aumento da energia potencial do sistema, logo não há formação de ligação química. Fica claro que a esta última descrição se refere a um orbital molecular antiligante. 
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DIAGRAMA QUALITATIVO DE ENERGIA DOS ORBITAIS MOLECULARES
 A diferença de energia entre os OA e os OM são representados na forma dos diagramas qualitativos de energia dos OM:
 Os diagramas qualitativos de energia dos OM para as moléculas diatômicas do primeiro período são representadas a seguir:
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DIAGRAMA QUALITATIVO DE ENERGIA DOS ORBITAIS MOLECULARES
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DIAGRAMA QUALITATIVO DE ENERGIA DOS ORBITAIS MOLECULARES
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DIAGRAMA QUALITATIVO DE ENERGIA DOS ORBITAIS MOLECULARES
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CARACTÉRISTICAS DAS LIGAÇÕES POR TOM
ORDEM DE LIGAÇÃO: a ordem de ligação fornece o número real de ligações entre duas espécies químicas dentro do formalismo da TOM.
Quanto maior a ordem de ligação mais fortemente estas espécies estão unidas.
A ordem de ligação é determinada da seguinte forma:
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