1

QUÍMICA ORGÂNICA

LIGAÇÕES QUÍMICAS

GEOMETRIA MOLECULAR

HIBRIDIZAÇÃO

2

Geometria molecular

• O arranjo tri-dimensional dos átomos em uma molécula → geometria molecular

• A teoria da repulsão dos pares de elétrons (ligantes e não-ligantes) procura explicar o arranjo dos átomos numa molécula.

3

Teoria da repulsão dos elétrons

• Electrons são cargas carregadas negativamente, portanto se repelem mutuamente.

• Os elétrons ocuparão posições tais que minimizem os efeitos de suas repulsões (ocupando regiões o mais afastado possível uns dos outros).

• Num átomo os elétrons ocupam determinados espaços chamados orbitais (máximo 2e num orbital).

• Tipos de orbitais mais comuns: orbitais s ; p ;

4

REVENDO O ORBITAL sFORMA DOS ORBITAIS

orbital s

x

y

z

5

REVENDO OS 3 ORBITAIS p

pz orbital py orbitalpx orbital

FORMAS DOS ORBITAISz

x

y

6

Exemplo da geometria de uma molécula com mais de um átomo central

• Observa-se que um dos carbonos da molécula étetraédrico e o outro é trigonal plano (explicação fica para após o conceito de hibridação).

7

Momento dipolar

• A molécula de HF tem uma ligação polar –uma separação de cargas devido a diferença de eletronegatividade existente entre o F e o H.

• A forma da molécula e a grandeza do dipolo explicam a polaridade total da molécula.

δ+H-Fδ−

8

Momento dipolar e geometria

• Moléculas diatômicas homonucleares → não apresentam momento dipolar (O2, F2, Cl2, etc)

• Moléculas triatômicas ou maiores ( dependem do efeito resultante de todas ligações polares existentes na molécula).

• Em moléculas como CCl4 (tetraédricas) BF3(trigonal planar) todos vetores das ligações polares individuais se cancelam ⇒ resultando em nenhum momento dipolar(zero).

9

O momento dipolar depende da geometria da molécula

10

Mais exemplos polaridade e geometria

11

Ligações covalentes

• Resultam da sobreposição dos orbitais atômicos dos átomos que participam da ligação.

• Os átomos compartilham o par eletrônico existente na ligação.

• A ligação covalente pode ser polar ou apolar.

• Podem ser do tipo sigma ou pi.

12

A molécula de H2

• Observa-se uma ligação covalente simples resultante da sobreposição de um orbital 1s de cada um dos átomos de hidrogênio.

• Observa-se que a ligação tem uma simetria cilíndrica sobre o eixo que une o centro dos dois átomos. Isto é conhecido como ligação σ.

• A ligação no H2 (H-H”) pode ser resumida em:1s (H) – 1s(H”) � ligação σ

13

A ligação covalente no H2

• Interpenetração de orbitais (ligação sigma s-s)

H H

Região da sobreposição

14

A ligação no H2

• SIMETRIA CILÍNDRICA DA LIGAÇÃO SIGMA

H H

15

2 átomos de H separados2 2 áátomos de H separadostomos de H separados

Cada Cada áátomo de H apresenta 1 eletron no orbital do subntomo de H apresenta 1 eletron no orbital do subníível vel

1s. Este el1s. Este eléétron encontratron encontra--se atrase atraíído pelo do pelo úúnico prnico próóton ton

existente no nexistente no núúcleo do cleo do áátomo de H.tomo de H.

16

Início da formação do H2InIníício da formacio da formaçção do Hão do H22

Os Os áátomos de H se aproximam acontecendo a sobrepositomos de H se aproximam acontecendo a sobreposiçção ão

dos orbitais 1s. Cada eldos orbitais 1s. Cada eléétron cometron começça a sentir a fora a sentir a forçça a

atrativa de ambos pratrativa de ambos próótons dos ntons dos núúcleoscleos..

17

Ligação sigma s-s quase completa no H2LigaLigaçção sigma são sigma s--s quase completa no Hs quase completa no H22

18

Molécula de H2 com seu orbital molecularMolMoléécula de Hcula de H2 2 com seu orbital molecularcom seu orbital molecular

Na molNa moléécula de Hcula de H22 os dois orbitais atômicos 1 s dão origem os dois orbitais atômicos 1 s dão origem

a um orbital molecular que engloba os dois ela um orbital molecular que engloba os dois eléétrons trons

existentes na ligaexistentes na ligaçção covalente.ão covalente.

19

A molécula de Cl2

• Observa-se uma ligação simples originada da união de dois orbitais 3p, cada um pertencente a um dos átomos de cloro.

C l C l

Resumo 3pz (Cl ) – 3pz (Cl”)�ligação sigma

20

A ligação σ p-p

• Simetria cilíndrica

C l C l

21

Uma Molécula Linear

A molécula de BeH2

BeH H

Região da ligação

22

23

GEOMETRIA DAS MOLÉCULAS• Muitas propriedades (ex:reatividade) das

moléculas estão relacionados com sua forma.

• A forma é dependente do ângulo das ligações e do comprimento das ligações.

• Utiliza-se o conceito de hibridização dos átomos numa molécula para explicar a forma dessa molécula.

24

Hibridização de orbitais atômicos

• É a mistura de orbitais pertencentes a um mesmo átomo, originando novos orbitais iguais entre si, mas diferentes dos orbitais originais.

• A diferença destes novos orbitais atômicos, denominados orbitais híbridos, acontece tanto na geometria(forma) como no conteúdo energético.

• O número dos orbitais híbridos obtidos será o mesmo dos orbitais existentes antes de serem misturados.

25

ORBITAIS ANTES DA HIBRIDAÇÃO

px orbital

pz orbital

z

x

py orbital

y

s orbitalhibridização

26

ORBITAIS APÓS HIBRIDAÇÃO (sp3)

x

z

4 x sp3

orbitais híbridos

27

Hibridização sp3

• É a mistura de 3 orbitais p “puros” com um orbital s “puro”, formando 4 novos orbitais “híbridos” denominados sp3.

• A geometria dos 4 orbitais sp3 é tetraédrica (os 4 orbitais partem do centro do tetraédro e dirigem-se, cada um, para um dos vértices do tetraédro).

• O ângulo entre os orbitais sp3 será de aprox.109°• Acontece no C que se liga através de 4 ligações

simples ( o C é tetravalente).

28

A formação dos híbridos sp3

29

Exemplo de hibridação sp3� CH4

• No CH4, os 4 orbitais híbridos sp3 do C se ligam com os orbitais s de 4 átomos de H, formando 4 ligações sigma C-H

[sp3 (C) – 1s (H) ] x 4 ligação σ

30

C

O carbono possui 4 elétrons de valência ���� 2s22p2

O carbono é tetravalente.

.. .

.

O carbono pode formar ligações simples, duplas e triplas.

O carbono pode apresentar orbitais híbridos do tipo sp, sp2 e sp3

31

2p

2s

hibridação sp3

32

H

H

H

H

33

Fórmula molecular do metano: CH4

Fórmula estrutural do metano: C

H

H

H

H

Lembrando, 4 ligações simples ���� sp3 ( 4 orbitais híbridos). Hidrogênio possui ���� 1s orbital não hibridizado.

34

Metano

35

FORMA DAS MOLÉCULASsp3 - tetraédrica

H

N

H

HH

N

H

H

sp3

O

H

H

sp3sp3

H

H

C

H

H

36

esta ligação está seafastando de você

esta ligação está indo em sua direção

FORMA DAS MOLÉCULAS

H

H

C

H

H

37

MOLÉCULA DO CH4

38

39

A molécula de CH4

40

Hibridização sp2

• É a mistura de um orbital s com dois orbitais p (pertencentes a um mesmo átomo), resultando em 3 novos orbitais denominados híbridos sp2.

• Os três orbitais híbridos sp2 situam-se num mesmo plano formando ângulos de 120° entre si (geometria plana triangular).

• Acontece com C que possua uma dupla ligação.• Num C do tipo sp2 existirá um orbital p “puro”

que será responsável pela ligação covalente do tipo pi.

41

HIBRIDIZAÇÃO DO CARBONO sp2

Etileno C CH

H

H

H

Cada carbono é hibrido sp2 . O hidrogênio é 1s.

Uma ligação da dupla é sp2 - sp2. A outra é p - p.

2p

2s

hibridação

2p

sp2

42

C C

Observe que a dupla ligação consiste numa ligação do tipo σσσσ e outra do tipo π.π.π.π.

43

C C

H

H

H

H

C C

H

H

H

H

44

Exemplo de hibridação sp2 �H2C=CH2

• Molécula de eteno (etileno).

• Os dois átomos de C encontram-se ligados por uma dupla ligação Uma ligação sigma sp2-sp2 e uma ligação pi).

• Cada átomo de C encontra-se ligado a dois átomos de H (duas ligações sigma s-sp2).

45

A Molécula de C2H4

46

Os ângulos de ligações no C2H4

• Como os átomos centrais são dois carbonos de hibridação sp2 o ângulo entre as ligações sigma será de ≈ 120°. observe que a ligação π é perpendicular ao plano que contém a molécula.

• C com uma dupla ligação � hibridação sp2

Numa dupla ligação → uma ligação σ e uma ligação π

47

sp2 - trigonal planar

eteno(etileno)

σ σ σ σ ligação

ππππ ligação

HIBRIDIZAÇÃO sp2

C C

H

H H

H

C C

H

H H

H

C C

H

H H

H

120°

48

FORMA DA MOLÉCULA

σσσσ ligação

ππππ ligação

sp2 - trigonal planar

C C

orbital p vazio C C

H

H H

H

49

50

51

C NH

H H

C OH

H

OUTRAS MOLÉCULAS PLANAS TRIGONAIS

hibridação sp2 ����geometria trigonal planar

H

H

H

H

H

H

neste exemplo, cadacarbono é sp2

52

Hibridação sp• É a mistura de um orbital s com 1 orbital p,

produzindo dois novos orbitais denominados híbridos sp.

• Os orbitais híbridos sp formam um ângulo de 180°

entre si. • A geometria molecular será linear.• Surge em C com duas duplas ou C com uma tripla

ligação.• Numa tripla ligação ter-se-á uma ligação sigma e

duas pi.

53

Etino (Acetileno)

54

Exemplo de hibridação sp �C2H2• Etino (acetileno)

• Em torno dos átomos de C existem dois orbitais híbridos sp e dois orbitais p “puros”.

• Os dois orbitais híbridos se ligarão através de ligações sigma s-sp (H-C) e sigma sp-sp(C-C).

• Os dois orbitais p de cada carbono se ligarão produzindo duas ligações pi entre os carbonos (resultando numa tripla ligação entre os dois carbonos).

• Liga tripla → uma ligação σ e duas ligações π

55

Fórmula estrutural do acetileno

C CH HCada átomo de carbono é um híbrido sp.Os hidrogênios possuem orbitais 1s, não hibridizados.

2p

2s

hibridação

2p

sp

Observe que a tripla ligação consiste de uma σσσσ e 2ππππ . As duas ligações π π π π provem dos orbitais p, não hibridizados.

56

CCH H

C C HH

57

A Molécula de C2H2

58

Tipos de ligações no C2H2

• No acetileno existem 3 tipos de ligações: ligações sigma s-sp; ligação sigma sp-sp; ligações pi

[sp (C 1 ) – 1s (H) ] x 2 tipo σ

[sp (C 1 ) – sp (C 2 ) ] tipo σ

[2py (C 1 ) – 2py (C 2 ) ] tipo π

[2pz (C 1 ) – 2pz (C 2 ) ] tipo π

59

ISTO É TUDO, PESSOAL !!