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© 2007 by Pearson Education
Química Orgânica 4º Edição
Paula Yurkanis Bruice
Capítulo 1
Estrutura Eletrônica e
Ligação
Ácidos e Bases
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• Substâncias orgânicas são substâncias que contêm carbono• O carbono não libera nem aceita elétrons prontamente
• O carbono compartilha elétrons com outros átomos de carbono bem como com diferentes tipos de átomos
Química Orgânica
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A Estrutura de um Átomo
• Um átomo consiste de elétrons, prótons carregados positiva- mente e nêutrons neutros
• Os elétrons formam ligações químicas
• Número atômico: número de prótons em seu núcleo
• Número massa: a soma de prótons e nêutrons de um átomo
• Isótopos têm o mesmo número atômico mas diferente número de massa.
• O peso atômico: a média da massa atômica dos seus átomos
• Peso molecular: a soma de todos os pesos atômicos de todos os átomos da molécula
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A Distribuição de Elétrons em um Átomo
• A mecânica quântica usa a equação matemática do movimento de onda para caracterizar o movimento dos elétrons em torno do núcleo.
• As funções de onda ou orbitais nos diz a energia de um elétron e a região do espaço em torno do núcleo onde um elétron é mais provavelmente encontrado.
• O orbital atômico mais perto do núcleo tem a menor energia.
• Orbitais degenerados têm a mesma energia.
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• O princípio de Aufbau: Primeiro os elétrons ocupam os orbitais de menor energia.
• O princípio de exclusão de Pauli: somente dois elétrons podem ocupar o mesmo orbital e os dois elétrons têm que ter spins opostos..
• A regra de Hund: os elétrons ocuparão orbitais degenerados vazios antes de ser emparelhado em um mesmo orbital.
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• Substâncias iônicas são formadas quando um elemento eletropositivo transfere elétron(s) para um elemento eletronegativo
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Substâncias Covalentes• Igual compartilhamento de elétrons: ligação covalente não-polar (e.g., H2)
• Compartilhamento de elétrons entre átomos com Eletronegatividade diferente: ligação covalente polar(e.g., HF)
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Mapas de potencial eletrostático
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• Uma ligação polar tem uma extremidade positiva e uma extremidade negativa
Momento de dipolo (D) = = e x d
(e) : grandeza da carga no átomo
(d) : distância entre as duas cargas
Um Dipolo
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Estruturas de Lewis
carga formal = número de elétrons de valência –
(número de elétrons livres + 1/2 do número de elétrons em ligantes)
Estruturas de Lewis
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Números de Ligação Importantes
H F ICl Bruma ligação
Oduas ligações
Ntrês ligações
Cquatro ligações
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Orbitais Moleculares
• Orbitais moleculares pertencem a molécula como um todo.
• Ligação : formada pela sobreposição de dois orbitais s. • Comprimento da ligação/dissociação da ligação: energia necessária para quebrar uma ligação ou energialiberada para formar uma ligação.
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Sobreposição em fase forma um OM ligante; sobreposição fora de fase forma um OM antiligante
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Ligação sigma () é formada pela sobreposição fim-início de dois orbitais p
Uma ligação é mais forte do que uma ligação
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Ligação pi () é formada pela sobreposição lado-a-ladode dois orbitais p paralelos
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Ligação em Metano e Etano: Ligações Simples
Hibridização de orbitais:
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Os orbitais usados na formação de ligação determinaos ângulos de ligação
• Ângulos de ligação tetraédrico: 109,5°
• Os pares de elétrons se distribuem no espaço o mais distante possível um do outro
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Orbitais Híbridos do Etano
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Ligação no Eteno: Uma Ligação Dupla
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• O ângulo de ligação no carbono sp2 é120°.
• O carbono sp2 é o carbono trigonal planar.
Um carbono hibridizado em sp2
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Ligação no Etino: Uma Ligação Tripla
• Ângulo de ligação do carbono sp : 180°.
• Uma ligação tripla consiste de uma ligação duas ligações
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Ligação no Radical Metila
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Ligação no Ânion Metila
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Ligação na Água
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Ligação na Amônia e no Íon Amônio
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Ligação em Haletos de Hidrogênio
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Resumo
• Uma ligação é mais fraca do que uma ligação
• Quanto maior a densidade eletrônica na região de sobreposição dos orbitais, mais forte é a ligação.
• Quanto maior o caráter s, menor e mais forte é a ligação.
• Quanto maior o caráter s, maior é o ângulo de ligação.
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A soma vetorial da magnitude e direção do momento de dipolo da ligação individual determinam o momento de dipolo total da molécula.
Momento de Dipolo de Moléculas
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Ácidos e Bases de Brønsted–Lowry
• Um ácido doa um próton.
• Uma base aceita um próton.
• Forte reage para dar fraco.
• Quanto mais fraca é a base, mais forte é seu ácido conjugado.• Bases estáveis são bases fracas.
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Um Equilíbrio Ácido/Base
Ka: A constante de dissociação ácida.
H2O + HA H3O+ + A-
[H3O+][A-]Ka =
[H2O][HA]
pKa = -log Ka
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A Equação de Henderson–Hasselbalch
• Uma substância existirá primariamente em sua forma acídica em um pH < seu pKa
• Uma substância existirá primariamente em sua forma básica em um pH > seu pKa
• Uma solução tampão mantém um pH aproximada-mente constante na adição de pequena quantidade de ácido ou base.
A
HAlogpHp aK
O pH indica a concentração de íons hidrogênio (H+)
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• Quando os átomos são muito diferentes em tamanho, o ácido mais forte terá seu próton ligado ao maior átomo
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• Quando os átomos são similares em tamanho, o ácido mais forte terá seu próton ligado ao átomo maiseletronegativo
• A retirada indutiva de elétrons aumenta a acidez deum ácido conjugado
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O ácido acético é mais ácido do que o etanol
Os elétrons deslocalizados no ácido acético sãocompartilhados por mais de dois átomos, estabilizandoa base conjugada
CH3CO-
O
CH3CO-
O
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• Ácido de Lewis: ácido não-doador de próton; aceitarádois elétrons.
• Base de Lewis: doadores de pares de elétrons.
Ácidos e Bases de Lewis