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1

UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIOSA

CAMPUS DE RIO PARANABA

INSTITUTO DE CINCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA

QAM 120 QUMICA INORGNICA I

Ligao Covalente

Parte I

- A ligao covalente resulta do compartilhamento de um par de

eltrons entre os tomos.

- A fora da ligao covalente resulta da atrao entre estes eltrons

compartilhados e os ncleos positivos dos tomos que participam da ligao.

3

Cada eltron compartilhado atrado

pelo ncleo de ambos os tomos.

10

Medida quantitativa da polaridade de uma ligao

Comportamento das molculas polares em um campo eltrico

11

Momento de dipolo resultante = 1,46 D

Momento de dipolo resultante = 0,24 D

12

Qual molcula possui momento de dipolo? H2O, CO2, e CCl4

Momento de dipolo Molcula polar

C O O

C

Cl

Cl

Cl Cl

Momento de dipolo nulo Molcula apolar

Momento de dipolo nulo Molcula apolar

As ligaes so polares, mas os vetores de momento de dipolo se anulam devido geometria linear da molcula. 13

H

O

H

Os momentos de dipolo podem ser utilizados para distinguir entre

molculas que tenham a mesma frmula, mas diferentes estruturas. Por

exemplo as duas molculas a seguir existem, elas tem a mesma frmula

molecular (C2H2Cl2) e o mesmo nmero e tipo de ligao, porm diferentes

estruturas moleculares:

14

A molcula CH2Cl2 possui momento de dipolo?

15

Propriedades dos compostos covalentes

- Pode ser encontrado, temperatura ambiente, nos trs estados de

agregao, sendo os estados lquido e gasoso os mais comuns;

- Apresentam PF e PE menores que os compostos inicos;

- No conduzem eletricidade;

- Apresentam solubilidade variada.

17

A regra do octeto foi formulada com

objetivo de verificar se as estruturas

de Lewis estavam corretas.

19

O nmero de ligaes covalentes que um tomo

formar, pode ser previsto contando-se o nmero

de eltrons que faltam para atingir uma

configurao estvel.

20

Apenas os eltrons mais externos entram em

contato

Alm da representao das

ligaes covalentes, a

estrutura de Lewis mostra os

pares de eltrons isolados

(pares no envolvidos em

ligaes) dos tomos e tambm

as cargas formais que

resultam da contagem dos

eltrons envolvidos na ligao. 21

1. Escrever o esqueleto estrutural do composto utilizando os smbolos qumicos

e colocando os tomos ligados entre si perto uns dos outros. Em geral, o tomo menos eletronegativo ocupa a posio central. O H e o F ocupam normalmente as posies terminais.

2. Contar o nmero total de e- de valncia. Para nions poliatmicos, adicionar o nmero total de cargas negativas. (p. ex, para o CO3

2 adicionamos dois eltrons, pois a carga 2 indica que existem dois eltrons a mais). Para ctions poliatmicos, subtramos o nmero de cargas positivas desse total (para NH4

+ subtramos um eltron porque a carga +1 indica a perda de um eltron).

3. Colocar 1 ligao covalente simples entre o tomo central e cada um dos tomos a seu redor.

4. Completar os octetos dos tomos ligados ao tomo central. Os eltrons que

pertencem ao tomo central ou aos tomos vizinhos devem ser representados por pares isolados quando no se encontram envolvidos na ligao.

5. Aps completar os passos 1 a 3, se o tomo central tiver menos que oito eltrons, tentar adicionar ligaes duplas e triplas entre o tomo central e os tomos vizinhos, utilizando os pares isolados desses ltimos tomos.

ESCREVENDO ESTRUTURAS DE LEWIS

22

A Carga formal de um tomo a diferena de carga eltrica entre

o nmero de eltrons de valncia em um tomo isolado e o nmero

de eltrons atribudos a esse tomo em uma estrutura de Lewis.

23

25

Exerccio

Escreva a estrutura de Lewis do on BF4-

26

Resposta

A carga negativa atribuda ao on

como um todo e no a um tomo em

particular.

28

EXCEES A REGRA DO OCTETO

Existem trs excees a essa regra:

- o octeto incompleto,

- um nmero mpar de eltrons,

- um nmero de eltrons de valncia maior que

oito ao redor do tomo central.

1 -O octeto incompleto

Exemplo: Hidreto de berlio

H H Be Be 2e-

2H 2x1e- 4e-

BF3 B: [He] 2s2 2p1 F: [He] 2s2 2p5

B 3e- 3F 3x7e-

24e-

F B F

F

3 ligaes simples (3x2) = 6 9 pares isolados (9x2) = 18

Total = 24


Exemplo: Trifluoreto de boro

Apenas 4 e- ao redor do Be

BeH2

Be: [He] 2s2

H: 1s1

No h como satisfazer regra do octeto

Os elementos do Grupo 3, particularmente o boro e o alumnio, tendem a formar compostos que apresentam menos de 8 e-

29

2 - Molculas com nmero mpar de eltrons

N 5e- O 6e-

11e-

NO

N O

NO

NO2

NO2 NO

. .. .. . O=N-O .. .. .

Exemplo: NO e NO2


30

3 - O octeto expandido: tomos do terceiro perodo ou dos perodos seguintes.

(tomo central com nmero quntico principal n > 2)

SF6

S 6e- 6F 42e-

48e-

S

F

F

F

F F

F

6 ligaes simples (6x2) = 12 18 pares isolados (18x2) = 36

Total = 48

Exemplo: Hexafluoreto de enxofre

S: [Ne] 3s2 3p4

F: [He] 2s2 2p5


31

32

A ressonncia deve ser entendida como uma mistura de estruturas e no

como uma alternncia entre elas.

33

Na linguagem da mecnica quntica a distribuio

eletrnica de cada estrutura representada por uma

funo de onda e a verdadeira funo de onda da

molcula uma superposio das funes de onda

individuais de cada estrutura.

34

Na molcula de BF3 por exemplo poderia ser considerada como um hbrido de

ressonncia das estruturas mostradas a seguir, mas a primeira estrutura

dominante. Em comparao para o on NO3- as trs ltimas estruturas so

dominantes .

35

Exerccio

Escreva a estrutura de ressonncia para a molcula NO2F

e identifique a estrutura dominante.

36

Resposta

Quatro estruturas de Lewis e suas cargas formais so mostradas. muito

improvvel que a menor energia seja alcanada com uma carga positiva sobre o

tomo eletronegativo de F. Cada estrutura tem carga positiva sobre o tomo de

N, onde a primeira possui maior carga e consequentemente maior energia.

Conclui-se que as duas estruturas com ligaes N=O iro dominar a ressonncia.

37

O comprimento de uma ligao no equilbrio em uma

molcula a separao internuclear de dois tomos ligados.

38

Os comprimentos de ligaes no equilbrio em molculas na fase

gasosa so geralmente determinados por espectroscopia na regio do

infravermelho ou de microondas, ou mais diretamente por difrao de

eltrons.

40

A contribuio de um tomo para a ligao covalente denominada

raio covalente do elemento

41

A contribuio de um tomo para a ligao covalente denominada

raio covalente do elemento

44

Fora de ligao

A fora de uma ligao medida pela sua entalpia de dissociao:

H O (A-B) =

A B(g) A(g) + B(g)

Entalpias mdias de ligao so usadas para estimar as entalpias de

reao.

A entalpia mdia de ligao a entalpia mdia de dissociao da

ligao, calculada para uma srie de ligaes. Essas entalpias mdias de

ligao so usadas para estimar as entalpias de reao.

Algumas energias de ligao de molculas diatmicas e Energias Mdias de Ligao para Ligaes em Molculas Poliatmicas

ligao ligao Energia de

Ligao (kJ/mol) Energia de

Ligao (kJ/mol)

45

Geometria Molecular: o arranjo tridimensional dos tomos em

uma molcula (ou on poliatmico)

Densidade

Ponto de fuso

Reatividade qumica Ponto de ebulio

Solubilidade

cido fumrico (ismero trans)

cido malico (ismero cis)

P.F. = 287 oC d = 1,635 g/cm3 Solub. gua = baixa

P.F. = 131 oC d = 1,59 g/cm3

Solub. gua = alta

AFETA

46

Valence Shell Electron Pair Repulsion

repulso dos pares eletrnicos da camada de valncia

Modelo desenvolvido na dcada de 1950 por Ronald J. Gillespie e Ronald Nyholm (1917-1971)

MODELO RPECV

47

GEOMETRIA MOLECULAR

Modelo de Repulso entre os pares eletrnicos da camada de valncia (RPECV).

Mtodo para determinar a orientao mais estvel dos pares eletrnicos ao redor de um tomo central numa molcula.

Arranjo depende do nmero de pares de eltrons (ligantes e no-ligantes) ao redor de um tomo central:

As Cl Cl

Cl

Determinao do nmero estrico do tomo central: Nmero total de pares eletrnicos (solitrios e compartilhados) ao redor do tomo.

3 pares ligantes 1 par no-ligante nmero estrico do As 4

48

AB2 2 0

Classe

# de tomos ligados ao

tomo central

# pares isolados no

tomo central

Arranjo dos pares de eltrons

Geometria Molecular

linear linear

AB3 3 0 trigonal planar

trigonal planar

RPECV

49

AB4 4 0 tetradrica tetradrica

AB2 2 0

Classe


tomo central

# pares isolados no

tomo central


Geometria Molecular

linear linear


trigonal planar

RPECV

50

AB5 5 0 Bipirmide trigonal

Bipirmide trigonal


AB2 2 0

Classe


tomo central

# pares isolados no

tomo central


Geometria Molecular

linear linear


trigonal planar

RPECV

51

AB6 6 0 octadrica octadrica


AB2 2 0

Classe


tomo central

# pares isolados no

tomo central


Geometria Molecular

linear linear


trigonal planar

AB5 5 0 Bipirmide trigonal

Bipirmide trigonal

RPECV

52

MODELO RPECV

AX2 AX3 AX4 AX5 AX6 Linear trigonal-planar tetradrica bipirmide-trigonal octadrica

BeF2 BF3 CH4 PCl5 SF6

53

Classe

# de tomos Ligados ao

tomo central

# pares isolados sobre tomo central


Geometria Molecular

AB2E 2 1 trigonal planar

angular

MODELO RPECV em que o tomo central tem um ou mais

pares isolados

55

Classe


tomo central



Geometria Molecular

AB2E2 2 2 tetradrico angular

H

O

H

AB3E 3 1 tetradrico pirmide trigonal

RPECV

56

AB4E 4 1 Bipirmide trigonal

Gangorra

Classe


tomo central



Geometria Molecular

RPECV

57

AB3E2 3 2 Bipirmide trigonal

Forma de T

Cl F

F

F

Classe


tomo central



Geometria Molecular

RPECV

58

AB2E3 2 3 Bipirmide trigonal

linear

I

I

I

Classe


tomo central



Geometria Molecular

RPECV

59

AB5E 5 1 octadrico pirmide de base quadrada

Br

F F

F F

F

Classe


tomo central



Geometria Molecular

RPECV

60

AB4E2 4 2 octadrico quadrado planar

Xe

F F

F F

Classe


tomo central



Geometria Molecular

RPECV

61

Gangorra 1 5

Bipirmide trigonal 0 5

Angular

2 4

Pirmide trigonal 1 4

Tetradrica 0 4

Trigonal planar 0 3

Linear 0 2

Geometria molecular no pares solitrios no estrico

62

Geometria molecular no pares solitrios no estrico

Quadrado planar

2 6

Pirmide tetragonal

1 6

Octadrica

0 6

Linear

3 5

T

2 5

63

No modelo RPECV:

Regies de alta concentrao de eltrons ocupam posies que as afastam o mximo possvel.

Todas as ligaes se repelem da mesma maneira, independentemente de serem simples, duplas ou triplas.

Os pares de eltrons isolados contribuem para o arranjo espacial dos pares de eltrons na molcula, embora eles no sejam includos na descrio da forma molecular.

Os pares de eltrons isolados exercem uma repulso maior do que os pares de eltrons de ligao e tendem a comprimir os ngulos de ligao.

64

Determinao da Geometria Molecular

1. Escreva a estrutura de Lewis da molcula.

2. Conte o nmero de pares de eltrons isolados no tomo central e o nmero de tomos ligados ao tomo central.

3. Use o modelo RPECV para determinar a geometria da molcula.

65

66

Utilize o modelo RPECV para prever a geometria das seguintes molculas:

A SF6

B- AsH3

Desenhar a

estrutura de Lewis

Determinar a distribuio

espacial (o arranjo) dos

pares de eltrons

Determinar a geometria

molecular com base nos

pares ligantes

69

Teoria da Ligao de Valncia (TLV)

72

TLV: As ligaes so formadas atravs do compartilhamento

de eltrons a partir da sobreposio de orbitais atmicos.

Foi a primeira teoria baseada na mecnica quntica, ela

envolve conceitos como emparelhamento de spins, ligaes

sigma e e hibridizao.

Sobreposio: significa que os orbitais 1s de cada tomo de H compartilham uma mesma regio no espao.

Distncia de separao

Ene

rgia P

otenc

ial

Estado de maior estabilidade! 73

Explicao da TLV para a formao da molcula de H2

76

Formao de uma ligao sigma

Quando dois resultados so igualmente provveis, a mecnica

quntica diz que o verdadeiro estado do sistema uma superposio

das funes de onda para cada possibilidade, onde tem-se uma

combinao linear.

78

Formao de uma ligao

79

Molculas Diatmicas Homonucleares

Exemplo: Molcula de N2

N N

H duas ligaes pi no N2, uma formada pelo emparelhamento dos spins em

dois orbitais 2px vizinhos e a outra pelo emparelhamento dos spins em dois

orbitais 2py vizinhos. A ligao sigma formada pelo emparelhamento

frontal dos dois orbitais 2pz.

N = [He] 2s2 2px12py12pz1

80

Molculas Poliatmicas

Exemplo: Molcula de H2O

angular

H

O

H

Os dois eltrons desemparelhados nos orbitais 2p do oxignio podem cada um

emparelhar com um eltron de um orbital s do hidrognio. Cada combinao

resulta na formao de uma ligao sigma ( cada ligao tem simetria

cilndrica em torno do respectivo eixo internuclear).

O = [He] 2s2 2px2 2py1 2pz1

H = 1s1

81

Promoo= Excitao de um eltron para um orbital de maior energia durante a

formao da ligao. A promoo no um processo real no qual um tomo de alguma

forma torna-se excitado, ela uma contribuio a ser considerada para a variao da

energia total quando as ligaes se formam.

Formation of sp Hybrid Orbitals Formao de Orbitais Hbridos sp

hibridizao

Diagrama orbital para eltrons de valncia do Be

2s 2p

Promoo de eltrons 2s 2p

2s 2p

Hibridizao dos orbitais sp orbitais 2p vazios

82

Formation of sp2 Hybrid Orbitals Formao de Orbitais Hbridos sp2

Promoo de eltrons 2s 2p

Diagrama orbital para eltrons de valncia do B

2s 2p

Hibridizao dos orbitais sp2 2p

83

Teoria da Ligao de Valncia e a Molcula de NH3

N [He] 2s22p3

3 H 1s1

As ligaes so formadas pela sobreposio de 3 orbitais 2p do nitrognio e um orbital 1s de cada tomo de hidrognio.

2s 2p

84

Possvel prever o ngulo correto de ligao

Orbital hibridizado sp3 do tomo de nitrognio da amnia

85

Formao de Orbitais Hbridos sp3d2

Diagrama orbital para eltrons de valncia do S

3s 3p 3d

Promoo de eltrons 3s 3p 3d

Hibridizao dos orbitais 3d sp3d2

Molcula SF6 : geometria octadrica

86

# de pares isolados +

# de tomos ligados Hibridizao Exemplos

2

3

4

5

6

sp

sp2

sp3

sp3d

sp3d2

BeCl2

BF3

CH4, NH3, H2O

PCl5

SF6

Como posso prever a hibridizao do tomo central?

Conte o nmero de pares de eltrons isolados E o nmero

de tomos ligados ao tomo central.

87

Orbitais atmicos puros

do tomo central

Hibridizao do tomo central

Nmero de

orbitais hbridos

Forma dos orbitais hbridos Exemplos

s,p

s,p, p

s,p, p, p

sp

sp2

sp3

2

3

4

BeCl2

BF3

CH4, NH4+

linear

trigonal planar

tetraedro 88

tomo central pertence ao terceiro perodo expanso do octeto!

Orbitais atmicos puros

do tomo central

Hibridizao do tomo central

Nmero de

orbitais hbridos

Forma dos orbitais hbridos Exemplos

s,p, p, p, d

s,p, p, p,d,d

sp3d

sp3d2

5

6

PCl5

SF6

Bipirmide trigonal

Octaedro 89

91

Exerccio

Descreva o tipo de hibridizao do fsforo no pentabrometo

de fsforo (PBr5)

Configurao eletrnica do P no estado fundamental: P = [Ne] 3s2 3p3

O

O

Segundo a Teoria da

Ligao de Valncia, no h

eltrons desemparelhados

na molcula de oxignio

Experimentos mostram que O2 paramagntico

92

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