ligaÇÃo quÍmica - tlv - orbitais hibridos -química geral

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As estruturas de Lewis e o modelo VSEPR não explicam porque uma ligação se forma. Como devemos considerar a forma em termos da mecância quântica? • Quais são os orbitais envolvidos nas ligações? Ligação Ligação covalente covalente e Superposição Superposição de de orbitais orbitais TEORIA DE LIGAÇÃO DE VALÊNCIA (TLV): • As ligações formam quando os orbitais nos átomos se superpõem. • Existem dois elétrons de spins contrários na superposição de orbitais.

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Orbitais Hibridos - Química GeralAs estruturas de Lewis e o modelo VSEPR não explicam porque uma ligação se forma.• Como devemos considerar a forma em termos da mecância quântica?• Quais são os orbitais envolvidos nas ligações?TEORIA DE LIGAÇÃO DE VALÊNCIA (TLV):• As ligações formam quando os orbitais nos átomos se superpõem.• Existem dois elétrons de spins contrários na superposição de orbitais.

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• As estruturas de Lewis e o modelo VSEPR não explicam porque uma ligação se forma.

• Como devemos considerar a forma em termos da mecância quântica?

• Quais são os orbitais envolvidos nas ligações?

LigaçãoLigação covalentecovalente ee

SuperposiçãoSuperposição de de orbitaisorbitais

• TEORIA DE LIGAÇÃO DE VALÊNCIA (TLV):

• As ligações formam quando os orbitais nos átomos se superpõem.

• Existem dois elétrons de spins contrários na superposição de orbitais.

LigaçãoLigação covalentecovalente e e SuperposiçãoSuperposição de de orbitaisorbitais

• À medida que dois núcleos se aproximam, seus orbitais atômicos se superpõem.

• À medida que a superposição aumenta, a energia de interação diminui.

• A uma determinada distância, a energia mínima é alcançada.

LigaçãoLigação covalentecovalente e e SuperposiçãoSuperposição de de orbitaisorbitais

• A uma determinada distância, a energia mínima é alcançada.

• A energia mínima corresponde à distância de ligação (ou comprimento de ligação).

• Quando os dois átomos ficam mais próximos, seus núcleos começam a se repelir e a energia aumenta.

• À distância de ligação, as forças de atração entre os núcleos e os elétronsequilibram exatamente as forças repulsivas (núcleo-núcleo, elétron-elétron).

• Os orbitais atômicos podem se misturar ou se hibridizar paraadotarem uma geometria adequada para a ligação.

• A hibridização é determinada pelo arranjo.

Orbitais híbridosOrbitais híbridos

Orbitais híbridos sp

• Considere a molécula de BeF2 (sabe-se experimentalmente queela existe):

Orbitais híbridos sp

• O Be tem uma configuração eletrônica 1s22s2.

• Não existem elétrons desemparelhados disponíveis para ligações.

OrbitaisOrbitais híbridoshíbridos

• Não existem elétrons desemparelhados disponíveis para ligações.

• Concluímos que os orbitais atômicos não são adequados para descreverem osorbitais nas moléculas.

• Sabemos que o ângulo de ligação F-Be-F é de 180° (teoria de VSEPR).

• Sabemos também que um elétron de Be é compartilhado com cada um dos elétronsdesemparelhados do F.

Orbitais híbridos sp

• Admitimos que os orbitais do Be na ligação Be-F estão distantes de 180°.

• Poderíamos promover um elétron do orbital 2s no Be para o orbital 2p para obtermosdois elétrons desemparelhados para a ligação.

Orbitais híbridosOrbitais híbridos

dois elétrons desemparelhados para a ligação.

• Mas a geometria ainda não está explicada.

• Podemos solucionar o problema admitindo que o orbital 2s e um orbital 2p no Be misturam-se ou formam um orbital híbrido.

• O orbital híbrido surge de um orbital s e de um orbital p e é chamado de orbital híbridosp.

Orbitais híbridos sp

• Os lóbulos dos orbitais híbridos sp estão a 180º de distância entre si.

OrbitaisOrbitais híbridoshíbridos

Orbitais híbridos sp

• Já que somente um dos orbitais 2p do Be foi utilizado na hibridização, ainda existem dois

orbitais p não-hibridizados no Be.

Orbitais híbridosOrbitais híbridos

Considerando a hibridização dos orbitais py e s

Orbitais híbridos sp2 e sp3

• Importante: quando misturamos n orbitais atômicos, devemos obter n orbitaishíbridos.

OrbitaisOrbitais híbridoshíbridos

• Os orbitais híbridos sp2 são formados com um orbital s e dois orbitais p. (Conseqüentemente, resta um orbital p não-hibridizado.)

• Os grandes lóbulos dos híbridos sp2 encontram-se em um plano trigonal.

• Todas as moléculas com arranjos trigonais planos têm orbitais sp2 no átomocentral.

Orbitais híbridos sp2 e sp3

• Os orbitais híbridos sp3 são formados a partir de um orbital s e três orbitais p. Conseqüentemente, há quatro lóbulos grandes.

OrbitaisOrbitais híbridoshíbridos

• Cada lóbulo aponta em direção ao vértice de um tetraedro.

• O ângulo entre os grandes lóbulos é de 109,5°.

• Todas as moléculas com arranjos tetraédricos são hibridizadas sp3.

Orbitais híbridos sp2 e sp3

OrbitaisOrbitais híbridoshíbridos

Orbitais híbridos sp2 e sp3

Hibridização envolvendo orbitais d

• Uma vez que existem apenas três orbitais p, os arranjosoctaédricos e de bipirâmide trigonal devem envolver os orbitais d.

Orbitais híbridosOrbitais híbridos

• Os arranjos de bipirâmide trigonais necessitam de hibridizaçãosp3d.

• Os arranjos octaédricos requerem hibridização sp3d2.

• Observe que o arranjo da teoria de RPENV determina a hibridização.

Resumo

1. Desenhe a estrutura de Lewis para a molécula ou íon.

2. Determine o arranjo usando o modelo RPENV.

3. Especifique os orbitais híbridos necessários para acomodar os pares de elétrons com base em seu arranjo geométrico.

OrbitaisOrbitais híbridoshíbridos

• Ligações σ: a densidade eletrônica encontra-se no eixo entre os núcleos.

• Todas as ligações simples são ligações σ.

• Ligações π: a densidade eletrônica encontra-se acima e abaixo do plano dos núcleos.

LigaçõesLigações múltiplasmúltiplas

• Ligações π: a densidade eletrônica encontra-se acima e abaixo do plano dos núcleos.

• Uma ligação dupla consiste de uma ligação σ e de uma ligação π.

• Uma ligação tripla tem uma ligação σ e duas ligações π.

• Normalmente, os orbitais p envolvidos nas ligações π vêm de orbitais não-hibridizados.

Ligações múltiplasLigações múltiplas

O etileno, C2H4, tem:

• uma ligação σ e uma ligação π;

Ligações múltiplasLigações múltiplas

• ambos os átomos de C estão hibridizados sp2;

• ambos os átomos de C possuem arranjos e geometrias molecularestrigonais planos.

LigaçõesLigações múltiplasmúltiplas

Ligações múltiplasLigações múltiplas

Considere o acetileno, C2H2

• o arranjo de cada C é linear;

• conseqüentemente, os átomos de C são hibridizados sp;

• os orbitais híbridos sp formam as ligações σ C-C e C-H;

LigaçõesLigações múltiplasmúltiplas

• os orbitais híbridos sp formam as ligações σ C-C e C-H;

• há dois orbitais p não-hibridizadas;

• ambos os orbitais p não-hibridizados formam as duas ligações π;

• uma ligação π está acima e abaixo do plano dos núcleos;

• uma ligação π está à frente e atrás do plano dos núcleos.

• Quando são formadas ligações triplas (por exemplo, no N2), uma ligação π está sempreacima e abaixo e a outra está à frente e atrás do plano dos núcleos.

LigaçõesLigações múltiplasmúltiplas

LigaçõesLigações múltiplasmúltiplas

Ligações ππππ deslocalizadas

• Até agora, todas as ligações encontradas estão localizadas entre os dois núcleos.

• No caso do benzeno:

LigaçõesLigações múltiplasmúltiplas

• No caso do benzeno:

• existem 6 ligações σ C-C, 6 ligações σ C-H,

• cada átomo de C é hibridizado sp2

• e existem 6 orbitais p não-hibridizados em cada átomo de C.

Ligações ππππ deslocalizadas

Ligações múltiplasLigações múltiplas

Ligações ππππ deslocalizadas

• No benzeno há duas opções para as três ligações π:

• localizadas entre os átomos de C ou

• deslocalizadas acima de todo o anel (neste caso, os elétrons π são compartilhadospor todos os seis átomos de C).

Ligações múltiplasLigações múltiplas

por todos os seis átomos de C).

• Experimentalmente, todas as ligações C-C têm o mesmo comprimento no benzeno.

• Conseqüentemente, todas as ligações C-C são do mesmo tipo (lembre-se de que as ligações simples são mais longas do que as ligações duplas).

Conclusões gerais

• Cada dois átomos compartilham no mínimo 2 elétrons.

• Dois elétrons entre átomos no mesmo eixo dos núcleos são ligações σ.

Ligações múltiplasLigações múltiplas

• Dois elétrons entre átomos no mesmo eixo dos núcleos são ligações σ.

• As ligações σ são sempre localizadas.

• Se dois átomos compartilham mais do que um par de elétrons, o segundo e o terceiropares formam ligações π.

• Quando as estruturas de ressonância são possíveis, a deslocalização também é possível.