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Universidade Estadual de Santa Cruz Prof. Dr. Rodrigo Luis Santos “Teoria da Ligação de Valência” Departamento de Ciências Exatas e Tecnológicas Curso: Engenharia Química Disciplina de Química Geral I O modelo RPECV, baseado nas estruturas de Lewis, é um método simples e rápido para determinar a geometria das moléculas, mas não explica algumas diferenças que podem aparecer entre ligações similares. H2 F2 Como a teoria de Lewis explica as ligações nas moléculas de H2 e F2? R: através do compartilhamento de um par de elétrons nas duas moléculas (regra do octeto) Como explicar os diferentes comprimentos de ligação e valores de energias de dissociação Teoria da Repulsão dos Pares de Elétrons da Camada de Valência (RPECV ou VSEPR) A teoria da ligação de valência (TLV) é um modelo baseado na mecânica quântica da distribuição dos elétrons nas ligações químicas e que ultrapassa a teoria de Lewis e o modelo de RPECV. Ela permite o cálculo numérico dos ângulos e dos comprimentos de ligação. Essa teoria supõe que os elétrons em uma molécula ocupam orbitais atômicos dos átomos individuais nas ligações químicas. Segundo a TLV, as ligações se formam quando elétrons desemparelhados de orbitais atômicos da camada de valência se fundem (superposição), dando origem aos orbitais híbridos. Teoria da Ligação de Valência (TLV) Revisando: Geometria dos orbitais nos subníveis Subnível s Subnível p Subnível d Subnível f Variação da energia potencial de dois átomos de H em função da distância entre os seus núcleos. No ponto de energia potencial mínima, a molécula de H2 está no seu estado mais estável e o comprimento de ligação é 74 pm. As esferas representam os orbitais 1s. Teoria da Ligação de Valência (TLV) A ligação química se forma quando a energia potencial do sistema (átomos que participam da ligação) atinge o ponto de mínimo Como seria a superposição dos orbitais atômicos nas moléculas de H2, HF e F2? Teoria da Ligação de Valência (TLV) H (1): 1s1 F (9): [He] 2s2 2p5 Superposição dos orbitais atômicos em H2, HF, F2 Ligações Sigma (σ) • Ligações Sigma (σ) são aquelas onde os orbitais se aproximam coaxialmente, ou seja, frontalmente. • Todas as ligações covalentes simples são ligações do tipo σ. Ligações Pi (π) • Ligações Pi (π) são aquelas onde os orbitais se aproximam lateralmente, sendo que os dois elétrons estão em dois lobos, um de cada lado do eixo internuclear. • Embora uma ligação π tenha densidade eletronica nos dois lados do eixo internuclear, existe só uma ligacao. • Portanto, uma ligação covalente dupla é formada por uma ligação σ e uma ligação π. • Uma ligação covalente tripla é formada por uma ligação σ e duas ligações π. Ligações Duplas e Triplas Ligação Dupla 1 ligação σ 1 ligação π Ligação Tripla 1 ligação σ e 2 ligaçoes π pz pz px px Quantas ligações s e p estão presentes no ácido acético CH3COOH? C H H CH O O H Ligações s = 6+ 1 = 7 Ligações p = 1 Ligações Duplas e Triplas Exercício Como os orbitais atômicos seriam representados nas ligações da molécula de H2S? Teoria da Ligação de Valência (TLV) Átomos Isolados Ligações Covalentes Hibridação dos Orbitais Como explicar as ligações e a geometria na molécula BeF2? Be(4): 1s2 2s2 Não existem elétrons desemparelhados no Be para formar as ligações, assim, estes orbitais não são apropriados para descrever esta molécula F(9): 1s2 2s2 2p5 Orbitais Puros Orbitais Híbridos Orbitais Puros Be: Hibridação dos Orbitais sp Geometria Linear Hibridação sp (geometria linear) Hibridação dos Orbitais sp2 Geometria Trigonal Planar BF3 Hibridação sp2 (geometria trigonal planar) Hibridação ou Hibridização é a mistura de dois ou mais orbitais atômicos para a formação de orbitais híbridos possibilitando a ligação química. Os orbitais híbridos de um átomo são construídos para reproduzir o arranjo de elétrons característico da forma da molécula determinada experimentalmente. Para cada hibridação do átomo central existe um geometria característica para a molécula. O esquema de hibridação é adaptado para descrever o arranjo de elétrons de uma molécula. A expansão do octeto implica no envolvimento de orbitais d. Hibridação dos Orbitais Resumo Hibridação dos Orbitais Como determinar os orbitais híbridos Método A Desenhar a estrutura de Lewis da molécula; Prever o arranjo da geometria dos pares eletrônicos seguindo a teoria RPECV; Deduzir o tipo de hibridação do átomo central contando o número de pares eletrônicos compartilhados e isolados (número estérico): Cada número estérico corresponde a uma hibridação do átomo central: sp, sp2, sp3, sp3d, sp3d2. Método B Fazer a distribuição eletrônica dos átomos e prever a hibridação. Exemplos: Determine a hibridação do átomo central para as seguintes moléculas: (a) BeH2; (b) AlI3; (c) PF3; (d) PBr5; (e) SeF6. Átomos de C, O e N podem realizar ligações múltiplas (duplas ou triplas) uns com outros e com átomos dos elementos de períodos superiores. Nas ligações múltiplas, um átomo forma uma ligação sigma (σ), usando um orbital híbrido sp ou sp2, e uma ou mais ligações pi (π), usando orbitais p puros (não-hibridados). Uma ligação dupla carbono-carbono é mais forte do que uma ligação simples carbono-carbono, porém é mais fraca do que a soma de duas ligações simples. A presença de uma ligação dupla tem uma forte influencia na forma da molécula, porque ela impede a rotação de uma parte da molécula em relação à outra. Hibridação em Moléculas com Ligações Duplas e Triplas Exemplo: Qual é a geometria da molécula de etileno (C2H4) e a hibridação de cada átomo de carbono? Hibridação em Moléculas com Ligações Duplas e Triplas Segundo a RPECV, a ligação dupla é tratada como uma ligação simples (considerando apenas a geometria) e como não existem pares de elétrons isolados nos átomos de carbono, a molécula é planar, sendo que cada átomo de carbono apresenta um geometria trigonal plana. Sendo assim, cada átomo de carbono apresenta a hibridação sp2, já que é trigonal planar. Modos de Hibridação do Carbono C(6): 1s2 2s2 2p2 Estado Fundamental Hibridação sp3 O carbono é tetravalente, ou seja, para se estabilizar precisa realizar quatro ligações. 4 ligações σ Hibridação sp2 3 ligações σ e 1 ligação π 2 ligações σ e 2 ligação π Hibridação sp Hibridação do carbono no etileno (C2H4) Hibridação em Moléculas com Ligações Duplas e Triplas para cada carbono: sp2 3 ligações σ 1 ligação π Hibridação do carbono no etileno (C2H4) Hibridação em Moléculas com Ligações Duplas e Triplas Exercício Represente a fórmula estrutural do acetileno (C2H2), a sua geometria molecular e a hibridação do C. Hibridação em Moléculas com Ligações Duplas e Triplas R: geometria linear com hibridação sp (a) vista de topo mostrando o recobrimento dos orbitais sp dos átomos de carbono e o recobrimento de cada um desses orbitais com os orbitais 1s dos átomos de hidrogênio. Os átomos encontram-se todos sobre uma linha reta; portanto a molécula do acetileno é linear. (b) Recobrimento lateral dos orbitais 2py e 2pz de cada átomo de C que leva à formação de duas ligações pi entre eles. (c) Formação das ligações sigma e pi como resultado das interações descritas em (a) e (b).
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