Estrutura e Propriedade do Carbono

Aula 1. 6/08/2013

QO-427 Prof. J. Augusto

Estruturas de LewisGilbert Newton Lewis (1875-1946) Professor no MIT e Univ. da Califrnia em Berkeley.Walther Kossel (1.888-1956) Prof da Universidade de Munique.

Tendncia dos tomos de adquirir a configurao do gs nobre mais prximos.

Para os elementos do meio da tabela peridica, muito mais energia requerida para ganhar ou perder eltrons e atingir o octeto de ons.

Regras gerais para obter estruturas:1. So mostrados todos os eltrons de valncia: O nmero total de eltrons igual soma dos nmeros que contribuem cada tomo, modificado pela adio ou subtrao do nmero de cargas inicas.

spcie

Contribuies atmicas

_

Carga do

ction

+

Carga do nion

=

Total de

eltrons de

valncia

CH4

4(C) + 4 x 1(H) = 8

-

0

+

0

=

8

NH3

5(N) + 3 x 1(H) = 8

-

0

+

0

=

8

H2O

6(O) + 2 x 1(H) = 8

-

0

+

0

=

8

H3O+

6(O) + 3 x 1(H) = 9

-

1

+

0

=

8

HO-

6(O) + 1(H) = 7

-

0

+

1

=

8

BF3

3(B) + 3 x 7(F) = 24

-

0

+

0

=

24

NO2-

5(N) + 2 x 6(O) = 17

-

0

+

1

=

18

CO32-

4(C) + 3 x 6(O) = 22

-

0

+

2

=

24

2. Cada elemento deve, na sua maior extenso, ter um octeto completo. Excees so hidrognio, e elementos alm da primeira fila. Por exemplo, enxofre e fsforo podem acomodar mais do que 8 eltrons de valncia (expanso do octeto), em certas circunstncias.

3. Cargas formais so atribudas dividindo cada par de eltrons de ligao igualmente entre os tomos da ligao. O nmero de eltrons "pertencente" a cada tomo comparado com o tomo neutro e so atribudas apropriadas cargas positivas ou negativas. Pares isolados "pertencem" a um nico tomo.

Este mtodo de atribuir carga formal considera o nmero de eltrons e cargas presentes e, quando usado com cuidado, ajuda a interpretar a qumica da espcie em considerao. Por exemplo, a carga formal atribuda ao oxignio do on metxido ajuda a explicar porque este on uma base forte e prontamente adiciona um prton ao oxignio.O exemplo do on sulfato mais complexo. Alguns estudantes tendem a escrever este on : Este um arranjo que possui nmero adequado de eltrons de valncia e uma estrutura formal menos complexa. Entretanto, o on sulfato sabido experimentalmente possuir cada oxignio ligado ao enxofre de maneira equivalente.

Octeto incompleto espcie instvel:Ligaes duplas e triplas:

Excees Regra do Octeto

Exceo: alm da segunda camada, o modelo de Lewis no se aplica totalmente, e os elementos podem ter mais de oito eltrons (expanso da camada de valncia).

Conveno: substituir um par de eltrons por um trao; pares no envolvidos so omitidos.Estruturas de Kekul: (Friedrich August Kekul von Stradonitz 1829-1896)Uso de uma ligao "covalente coordenada":

Exerccio 2.1 Reescreva as seguintes estruturas de Kekul como estruturas de Lewis, incluindo todos os eltrons de valencia.

Resumo das Cargas Formais

Estruturas GeomtricasPara a determinao estrutural de molculas cristalinas emprega-se difrao de raio-X. Outras tcnicas utilizadas so difrao eletrnica e espectroscopia no microondas.Exemplo:A distncia O-H de 0,96 representa uma distncia mdia, e pode variar vrios centsimos de Angstrons, do mesmo modo a ligao angular representa um valor mdio.Exemplos de ligaes O-H variando entre 0,96 - 0,97 .

Composto

Distncia ligao O-H, A

HO-H, gua

0,96

HOO-H, perxido de hidrognio

0,97

H2NO-H, hidroxilamina

0,97

CH3-OH, lcool metlico

0,96

Estruturas de Lewis so teis na interpretao de distncias de ligao:Exerccio 2.2 Considerando a estrutura de Lewis que voc escreveu para o xido ntrico no Exerccio 2.1, qual a distncia que esperaria para a ligao nitrognio-oxignio?Exerccio 2.3 Na comparao das ligaes a seguir, determine qual ligao a mais curta:

Estruturas de Ressonncia

Algumas vezes, no possvel descrever adequadamente a estrutura eletrnica de uma espcie com uma simples estrutura de Lewis.

A estrutura eletrnica do NO2Cl na verdade uma composio ou uma mdia das duas estruturas de Lewis, ou seja, um hbrido de ressonncia de duas estruturas de ressonncia hipotticas. No hbrido de ressonncia, a ligao nitrognio-oxignio dita ter uma ordem de ligao 1 1/2.

on formiato: ordem de ligao 1 1/2

Exerccio 2.4 Uma estrutura para a ozona O3 est apresentada a seguir. Escreva duas estruturas de ressonncia mostrando todos os eltrons de valencia e compare o comprimento da ligao oxignio-oxignio com o do perxido de hidrognio.

on Carbonato: ordem de ligao 1 1/3Estruturas que contribuem menos para o hbrido de ressonncia, podem ser desprezadas: apresentam tomos com octeto incompleto

Qual estrutura representa mais adequadamente o formaldedo protonado?

Resposta: H2C=OH+ pode ser melhor descrito como tendo uma estrutura on oxnio do que de carboction. Mas, nem estrutura oxnio nem carboction propicia uma descrio acurada para o H2C=OH+.Ction trifluorometila CF3+

Metilenoimina protonada (H2CNH2)+

Regras empricas para estabelecer estruturas de ressonncia de molculas e ons:1. Estruturas de ressonncia no envolvem troca de posies de ncleo, apenas alterao na distribuio da posio relativa de eltrons.2. Estruturas nas quais todos os tomos da primeira fila (segundo perodo) possuem octetos cheios so importantes; contudo, diferenas nas cargas formais e na eletronegatividade podem resultar em estruturas de octeto incompleto, comparativamente importantes.Carbono c/ 6e-Carga + no F

3. As estruturas mais importantes so aquelas que envolvem uma menor separao de cargas, principalmente entre tomos de eletronegatividade comparvel.

Elementos alm do segundo perodo formam estruturas com expanso de seus octetos.

Estrutura hbrida para o on nitrato1.45 1,15