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MOLÉCULAS NA

TROPOSFERA Espécies Maioritárias e Espécies Vestigiais

Estudo da molécula de oxigénio

A atmosfera é constituída maioritariamente por moléculas.

Os átomos ligam-se, formando as moléculas, porque tal como todos

os sistemas físicos, tendem a encontrar o estado mais estável que

corresponde à menor energia possível.

Os átomos, tal como a Natureza, regem-se pelo Princípio da

Energia Mínima.

Mas como é que eles atingem o estado de menor

energia possível?

18-01-2013 Dulce Campos 2

Estudo da molécula de oxigénio A interacção entre eles é nula, ou seja, a

energia potencial do sistema constituído

por estes dois átomos é zero

• forças atractivas fazem baixar a

energia de interacção ou

energia potencial eléctrica do

sistema dos dois átomos;

• forças repulsivas fazem

aumentar a energia potencial

eléctrica do sistema

Estado de menor energia possível para o

sistema que atinge o máximo de

estabilidade – forma-se a molécula

Distância internuclear de

equilíbrio – comprimento

da ligação

En

erg

ia d

e

lig

aç

ão

Energia libertada quando

se forma uma mole de

moléculas



• O que se passou com os electrões dos dois átomos de oxigénio?

TLV Teoria Ligação de

Valência

TOM Teoria Orbitais

Moleculares

Ambas se basearam em fundamentos da

Mecânica Quântica



• os electrões de valência da molécula são todos os

electrões de valência dos átomos que a formaram

• só os electrões de valência contribuem, em maior ou

menor grau, para a formação da molécula;

• quando dois átomos se aproximam, as nuvens

electrónicas correspondentes a duas órbitas atómicas

semipreenchidas começam a sobrepor-se, passando a

existir uma nuvem electrónica comum.

TLV



• Os electrões ficam atraídos simultaneamente pelos dois

núcleos, isto é, são partilhados pelos dois átomos;

• para que as repulsões entre os electrões partilhados

diminuam, estes passam a ter spins opostos;

• numa ligação covalente os electrões da ligação ocupam,

na maior parte do tempo, na região do espaço entre os

núcleos

TLV



• Como sabemos quantos electrões vão efectivamente unir

os átomos?

A ligação é feita através dos electrões

desemparelhados dos dois átomos de

oxigénio:

Os quatro electrões desemparelhados formam dois pares electrónicos e são

partilhados pelos dois núcleos, ocupando preferencialmente a região

internuclear: estabelecem uma ligação covalente entre os dois átomos.

Como há dois pares electrónicos partilhados, a ligação chama-se covalente

dupla.



Ligação covalente significa partilha de electrões.

Ligação covalente dupla significa dois pares

electrónicos partilhados, ou seja, dois pares

ligantes

Aos pares de electrões isolados, que não

contribuem para a ligação chamam-se pares não-

ligantes



• Como podemos representar a ligação?

Notação de Lewis

Ligação covalente dupla:

quatro electrões partilhados

Oito electrões de

valência não-ligantes na

molécula



• Na molécula temos:

• Doze electrões de valência (seis de cada átomo);

• Quatro destes electrões vão ser partilhados, estabelecendo

efectivamente a ligação;

• Os oito electrões que sobram formam quatro pares de electrões

não-ligantes.


Moléculas de Hidrogénio e Azoto

• Tal como a molécula de oxigénio estas também são

moléculas diatómicas homonucleares.

TAREFA

1. Explique o que entende por molécula diatómica

homonuclear.

2. Explique a formação das moléculas de acordo com a

TLV.

TEMPO : 10 MINUTOS


Moléculas de Hidrogénio e Azoto

OU

Ligação covalente Simples: um

par de electrões partilhado, um

par ligante

H2

N2

OU

Dois pares de electrões

não-ligantes

Ligação covalente tripla: três

pares de electrões partilhados,

três pares ligantes


Parâmetros de Ligação • Energia e Comprimento da Ligação Covalente

1. Que relação existe entre o número de electrões partilhados e o valor

da energia da ligação?

2. Que relação existe entre o nº de electrões partilhados e o

comprimento da ligação?

3. Que relação existe entre o tipo de ligação, a força da ligação e o seu

comprimento?

4. Qual das moléculas será menos reactiva? justifique


Parâmetros de Ligação

• A molécula de hidrogénio tem uma energia de ligação

comparativamente maior do que a de flúor, apesar de ambas terem

uma ligação covalente simples

• Deve-se à singularidade do átomo de hidrogénio, muito pequeno e só

com um electrão.

Maior número de electrões partilhados ligação

mais forte maior energia de ligação maior

estabilidade da molécula

Maior estabilidade menor reactividade química


Parâmetros de Ligação

• Das três moléculas, a que tiver menos electrões

partilhados deverá ter maior comprimento de ligação, o

que se verifica.

• Menos reactiva é a molécula de Azoto, o que explica o

que se passa na atmosfera. Estas não se dissociam

apenas se ionizam nas camadas mais altas da atmosfera

com radiações UV bem mais energéticas

Maior nº de electrões partilhados implica

maior energia de ligação o que implica

menor comprimento de ligação.


Gases Raros

• Porque não formam moléculas?

não há electrões disponíveis para serem

simultaneamente partilhados por dois núcleos

Os outros gases raros têm estrutura electrónica semelhante à

do néon, no que diz respeito ao nível electrónico de valência.

Também nenhum deles forma moléculas com outros átomos.


MOLÉCULAS NA

TROPOSFERA Ligações químicas em moléculas poliatómicas: H2O;

NH3; CH4 e CO2


As moléculas de água – H2O

Notação de Lewis

Duas ligações

covalentes simples

Dois pares de electrões de

valência que não participam

na ligação (não-ligantes)

o átomo de oxigénio, após a formação da molécula, fica rodeado de

oito electrões: um octeto electrónico.


As moléculas de amoníaco – NH3


As moléculas de metano – CH4

De acordo com esta configuração o Carbono só poderia

ligar-se a dois átomos de Hidrogénio.

Então, COMO FAZ QUATRO LIGAÇÕES e todas iguais?

1. Supõe-se um rearranjo das orbitais atómicas 2s e 2p de tal

modo que os electrões de valência do átomo de carbono se

distribuem igualmente por essas quatro orbitais.

2. Essas orbitais chamam-se orbitais atómicas híbridas sp

3. Neste caso chamam-se orbitais híbridas sp3 porque resultaram

da combinação de uma orbital atómica s e três orbitais

atómicas p.



Em notação de Lewis, a estrutura do átomo de carbono passa a ser:

1s2 2sp31 2sp3

1 2sp31 2sp3

1

A configuração electrónica do carbono será então

1s2 2sp31 2sp3

1 2sp31 2sp3

1



De novo, temos um octeto de electrões em volta do

átomo central, o átomo de carbono.


As moléculas de dióxido carbono – CO2


As moléculas de dióxido carbono – CO2

Em notação de Lewis:


MOLÉCULAS NA

TROPOSFERA Geometria Espacial de alguma Moléculas


Ângulo de ligação

Os átomos, nas moléculas, não estão em repouso:

movem-se em torno de posições de equilíbrio devido aos

diferentes modos de vibração dos átomos nas moléculas.

Os parâmetros de ligação referem-se a valores médios.

Um deles, o comprimento de ligação, varia de instante para

instante, em torno de um valor médio, devido a vibrações que

fazem variar a distância entre os átomos.


Ângulo de ligação Vibrações de distensão Vibrações de flexão

o comprimento de ligação,

varia de instante para instante

Um outro parâmetro de ligação que muda

de instante para instante, em torno de um

valor médio, é o ângulo de ligação.

Chama-se ângulo de ligação ao ângulo de equilíbrio (valor

médio) formado pelas direcções entre as ligações covalentes de

um determinado átomo com outros dois átomos a ele ligados.


Geometria do metano

A geometria ou forma espacial de uma molécula é que

torna mínima a sua energia, minimizando as

repulsões eléctricas existentes.

• As repulsões mais significativas verificam-se entre os pares

electrónicos da camada de valência, sejam eles partilhados ou

não, existentes em torno do átomo central.

• Admite-se que a repulsão entre pares electrónicos não-

ligantes seja superior à repulsão entre um par electrónico

ligante e um não-ligante, e que esta, por sua vez, seja

superior à repulsão entre dois pares electrónicos ligante.


Geometria do metano A forma espacial, na molécula de metano, que minimiza essas

repulsões é taI que os pares electrónicos em cada uma das

ligações C-H apontam para os vértices de um tetraedro.

A forma da molécula de metano é um tetraedro, em que o átomo de

carbono ocupa o centro e os átomos de hidrogénio os vértices.

GEOMETRIA TETRAEDRICA

109,5º


Geometria do amoníaco

Estes quatro pares electrónicos também se

dispõem segundo os vértices de um

tetraedro.

A disposição espacial dos átomos assume a forma

de uma pirâmide trigonal.

GEOMETRIA PIRAMIDAL

TRIGONAL

107º


Geometria da água

Existem quatro pares electrónicos em volta do átomo central, o de

oxigénio, sendo dois pares electrónicos ligantes e outros dois não-

ligantes, apontados segundo os vértices de um tetraedro.

Como resultado, os átomos da molécula de água dispõem-se

numa GEOMETRIA ANGULAR.

104,5º


Geometria do dióxido de carbono

A geometria que torna mínimas as repulsões

dos pares electrónicos em forma de átomo

central é a GEOMETRIA LINEAR


Trihidreto de boro

Três pares electrónicos em volta do átomo

central, não seguem a regra do octeto

O ângulo de ligação será de 120", o que

corresponde a uma geometria espacial

triangular plana


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