Ligação Covalente e Geometria Molecular

Prévia do material em texto

Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
Química Inorgânica I 
Ligação Covalente 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
Substâncias Moleculares e Covalentes 
 
 Substâncias Moleculares 
 
São aquelas que se formam quando átomos se ligam por meio de 
ligação covalente, originando moléculas de número determinado 
(Moléculas Discretas). 
 
 Compostos Covalentes ou Sólidos de Rede Covalente 
 
Também são formadas por ligações covalentes, porém são compostos 
em uma estrutura de rede com um número grande e indeterminado de 
átomos, que são as macromoléculas. (Diamante (C), grafita (C), 
dióxido de silício (SiO2), carbeto de silício (SIC) ) 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
Propriedades dos Compostos Formados por Ligação Covalente 
em Geral 
 
 Podem ser encontrados nos três estados físico: sólido, líquido ou 
gasoso. 
 Existem compostos polares ou apolares 
 O PF e PE são inferiores aos das substâncias iônicas 
 Normalmente não conduzem corrente elétrica 
 A solubilidade é variada 
 
 
Propriedades dos Compostos Covalentes ou 
Sólidos de Rede Covalente 
 
 Normalmente sólidos 
 Altíssimos PF e PE 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
Teoria de Repulsão do Par de 
Elétrons no Nível de Valência 
(RPENV). 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
Geometria Molecular 
 
• As estruturas de Lewis fornecem a conectividade atômica: elas nos mostram o número 
e os tipos de ligações entre os átomos. 
• A forma espacial de uma molécula é determinada por seus ângulos de ligação. 
• Considere o CCl4: no nosso modelo experimental, verificamos que todos os ângulos de 
ligação Cl-C-Cl são de 109,5. 
• Conseqüentemente, a molécula não pode ser plana. 
• Todos os átomos de Cl estão localizados nos vértices de um tetraedro com o C no 
seu centro. 
 Existem diversas teorias que explicam as estruturas eletrônicas e formas das 
moléculas conhecidas, bem como as tentativas de prever a forma de moléculas 
cujas estruturas ainda são desconhecidas. Todas essas teorias têm suas vantagens 
e defeitos. Nenhuma delas é rigorosa e as mesmas podem mudar à medida que 
novos conhecimentos vão sendo incorporados. 
 
 Entretanto, antes de revisar essas teorias que prevêem e explicam a geometria 
molecular é necessário fazer uma análise generalizada das formas geométricas 
adquiridas pelas moléculas. 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
• Existem cinco geometrias fundamentais para a forma molecular: 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
• Ao considerarmos a geometria ao redor do átomo central, consideramos todos os 
elétrons (pares solitários e pares ligantes). 
• Quando damos nome à geometria molecular, focalizamos somente na posição dos 
átomos. 
 Para se determinar a forma de uma molécula, fazemos a distinção entre pares de 
elétrons solitários (ou pares não-ligantes, aqueles fora de uma ligação) e pares 
ligantes (aqueles encontrados entre dois átomos). 
 Definimos o arranjo eletrônico pelas posições no espaço 3D de TODOS os pares 
de elétrons (ligantes ou não ligantes). 
 Os elétrons assumem um arranjo no espaço para minimizar a repulsão e--e-. 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
Tabela - Formas moleculares segundo a teoria de Sidwick-Powell. 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
Teoria de Repulsão do Par de Elétrons no Nível de Valência (RPENV) 
 
•Para prevermos a forma molecular, supomos que os elétrons de valência se repelem e, 
conseqüentemente, a molécula assume qualquer geometria 3D que minimize essa repulsão. 
• Denominamos este processo de Teoria de Repulsão do Par de Elétrons no Nível de 
Valência (RPENV). 
• Existem formas simples para as moléculas AB2 e AB3. 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
 Em 1957, a teoria de Sidgwick e Powell foi melhorada por Gillespie, 
possibilitando a previsão das estruturas moleculares e dos ângulos 
de ligação de forma mais exata. 
 
 Esta teoria ficou conhecida como VSEPR (do inglês, Valence Shell 
Electron Pair Repulsion Theory; pronunciar vesper). Ela pode ser 
resumida assim: 
 
 Os pares eletrônicos da camada de valência do átomo central 
numa molécula ou num íon poliatômico tendem a se orientar 
de forma que sua energia total seja mínima. 
 
 Isto significa que eles ficam tão próximos quanto possível do 
núcleo e ao mesmo tempo ficam o mais afastado possível 
entre si, a fim de minimizar as repulsões intereletrônicas.. 
 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
 O método procura determinar a orientação mais estável dos pares 
eletrônicos ao redor de um átomo central numa molécula e, a partir 
disto, a geometria da molécula. 
 
 A estrutura das moléculas é determinada pelas repulsões entre 
todos os pares de elétrons presentes na camada de valência. 
 
 · Um par isolado de elétrons ocupa mais espaço em torno do átomo 
central que um par de elétrons ligante, já que o par isolado é atraído 
por apenas um núcleo e o par ligante é compartilhado por dois 
núcleos. 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
 Pode-se inferir que a repulsão entre dois pares isolados é maior que 
a repulsão entre um par isolado e um par de elétrons ligantes, que 
por sua vez é maior que a repulsão entre dois pares de elétrons 
ligantes. 
 
 Assim, pares de elétrons isolados provoca pequenas distorções nos 
ângulos de ligação da molécula. 
 
 Se o ângulo entre o par isolado no átomo central e um par ligante 
aumentar, os ângulos de ligação observados entre os átomos devem 
diminuir. Em resumo, a repulsão entre pares de elétrons aumenta na 
seguinte ordem: 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
 A magnitude das repulsões entre os pares de elétrons ligantes 
depende da diferença de eletronegatividade entre o átomo central e 
os demais átomos. 
 
 Ligações duplas repelem-se mais intensamente que ligações 
simples, e ligações triplas provocam maior repulsão que ligações 
duplas 
 
 Forças repulsivas decrescem bruscamente com o aumento do 
ângulo entre pares. São fortes em ângulos de 90º, mais fracas em 
ângulos de 120º e extremamente fracas em ângulos de 180º. Na 
prática, não é necessário considerar repulsões para ângulos 
superiores a 90º. 
 
par ligante – par ligante AUMENTO 
par ligante – par de elétrons livres DA 
par de elétrons livres – par de elétrons livres REPULSÃO 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
• Para determinar o arranjo: 
 
• Desenhe a estrutura de Lewis, 
• conte o número total de pares de elétrons ao redor do átomo 
central, 
• ordene os pares de elétrons em uma das geometrias acima para 
minimizar a repulsão e--e- e conte as ligações múltiplas como um 
par de ligação. 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
O efeito dos elétrons não-ligantes e ligações 
Múltiplas nos ângulos de ligação 
 
1. Determinamos o arranjo observando apenas os elétrons. 
2. Damos nome à geometria molecular pela posição dos átomos. 
3. Ignoramos os pares solitários na geometria molecular. 
4. Todos os átomos que obedecem a regra do octeto têm arranjos 
tetraédricos. 
5. No nosso modelo experimental, o ângulo de ligação H-X-H diminui ao 
passarmos do C para o N e para o O: 
6. Como os elétrons em uma ligação são atraídos por dois núcleos, eles 
não se repelem tanto quanto os pares solitários. 
7. Consequentemente, os ângulos de ligação diminuem quando o número 
de pares de elétrons não-ligantes aumenta. 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
• Da mesma forma, os elétrons nas ligações múltiplas se repelem mais 
do que os elétrons nas ligações simples. 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
Moléculas com níveis de valência expandidos 
 
 
• Os átomos que têm expansão de octeto têm arranjos AB5 (de 
bipirâmide trigonal) ou AB6 (octaédricos). 
 
• Para as estruturas de bipirâmides trigonais existeum plano 
contendo três pares de elétrons. O quarto e o quinto pares de 
elétrons estão localizados acima e abaixo desse plano. 
 
• Para as estruturas octaédricas, existe um plano contendo quatro 
pares de elétrons. 
 
 Da mesma forma, o quinto e o sexto pares de elétrons estão 
localizados acima e abaixo desse plano. 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
• Para minimizar a repulsão e--e- , os pares solitários são sempre 
colocados em posições equatoriais. 
 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
Formas espaciais de moléculas maiores 
 
• No ácido acético, CH3COOH, existem três átomos centrais. 
• Atribuímos a geometria ao redor de cada átomo central separadamente. 
• Quando existe uma diferença de eletronegatividade entre dois átomos, a 
ligação entre eles é polar. 
• É possível que uma molécula que contenha ligações polares não seja polar. 
• Por exemplo, os dipolos de ligação no CO2 cancelam-se porque o CO2 é 
linear. 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
• Na água, a molécula não é linear e os dipolos de ligação não se cancelam. 
• Conseqüentemente, a água é uma molécula polar. 
Escola de Ciências e Tecnologia 
ECT 
• A polaridade como um todo de uma molécula depende de sua geometria molecular. 
• As estruturas de Lewis e o modelo RPENV não explicam porque uma ligação se forma. 
• Como devemos considerar a forma em termos da mecânica quântica? 
• Quais são os orbitais envolvidos nas ligações? 
• Usamos a teoria de ligação de valência: 
• As ligações formam quando os orbitais nos átomos se superpõem. 
• Existem dois elétrons de spins contrários na superposição de orbitais.