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QUÍMICA GERAL LIGAÇÕES QUÍMICAS COVALENTES Prof. Sérgio Pezzin

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Page 1: QUÍMICA GERAL LIGAÇÕES QUÍMICAS COVALENTES Prof. Sérgio Pezzin

QUÍMICA GERAL

LIGAÇÕES QUÍMICAS

COVALENTES

Prof. Sérgio Pezzin

Page 2: QUÍMICA GERAL LIGAÇÕES QUÍMICAS COVALENTES Prof. Sérgio Pezzin

A Ligação Covalente: dois elétrons são compartilhados

Compostos covalentes

sólidodiamante (C)

líquidoH2O

gásCl2

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A Ligação Covalente: dois elétrons são compartilhados

Em muitas circunstâncias, a formação de uma substância iônica não é energeticamente favorável.

Por exemplo, a formação de um cátion pode necessitar de muito mais energia (potencial de

ionização) do que a que pode ser recuperada pela energia liberada quando o ânion é formado e o sólido

iônico produzido (afinidade eletrônica e energia reticular).

Nestas circunstâncias forma-se uma LIGAÇÃO COVALENTE, que resulta do compartilhamento de

um par de elétrons entre os átomos.

Page 4: QUÍMICA GERAL LIGAÇÕES QUÍMICAS COVALENTES Prof. Sérgio Pezzin

A Ligação Covalente

s s

p p

Orbitais atômicos

Orbitais moleculares

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Notação: estruturas de Lewis

lO••

•Ol•_ _ O = O

Na maior parte dos casos: 8 elétrons de valência(regra do octeto)

Page 6: QUÍMICA GERAL LIGAÇÕES QUÍMICAS COVALENTES Prof. Sérgio Pezzin

Notação: estruturas de Lewis

l

NH3 NH4+

Page 7: QUÍMICA GERAL LIGAÇÕES QUÍMICAS COVALENTES Prof. Sérgio Pezzin

Como escrever as estruturas de Lewis

1) Conte os elétrons de valência de todos os átomos da molécula.Adicione a carga se for um ânion ou subtraia se for um cátion. Dividindo este número por dois temos o número de pares eletrônicos que podemos distribuir.

Exemplo: NO3

-

número de elétrons: 5+3x6+1=24 número de pares: 24/2 = 12

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Como escrever as estruturas de Lewis

2) Escolha um átomo central (normalmente o átomo com menor eletronegatividade (EN) - fora o hidrogênio).

O nitrogênio tem eletronegatividade mais baixa que o oxigênio. O átomo central é o N.

3) Arranje os outros átomos em torno do átomo central. Ligue o átomo central com os átomos ao redor por pares eletrônicos.

O O O O N N

O O

Page 9: QUÍMICA GERAL LIGAÇÕES QUÍMICAS COVALENTES Prof. Sérgio Pezzin

Como escrever as estruturas de Lewis 4) Complete os octetos dos átomos com os pares eletrônicos, se

possível.

5) Se não puder completar os octetos, forme ligações múltiplas com o átomo central.

6) Ajuste a carga total (para os ânions: ajuste a carga ao elemento com a maior EN; para os cátions: ao elemento com EN mais baixa).

O

N

O

O

N

o

o o

N

o

o o

- 7) Verifique se o número de pares está correto !

Page 10: QUÍMICA GERAL LIGAÇÕES QUÍMICAS COVALENTES Prof. Sérgio Pezzin

Qual é a carga de um átomo em uma molécula?

Limite apolar:os elétrons da ligação são divididos igualmente entre os 2 átomos que constituem a ligação

carga formalQform= V – (L+ 1/2P)

Para definir uma carga QI de um átomo I de uma molécula, comparamos o número de elétrons N pertencentes ao átomo I na ligação com o átomo isolado com V elétrons de valência:Q = V-N

A quais átomos pertencem os elétrons das ligações?

2 casos extremosL: número de pares

livresP: número de pares

compartilhados

Limite iônico:os elétrons ligantes são

inteiramente atribuídos ao elemento com maior eletronegatividade:

Número de oxidaçãoQox= V-L-P (para o

elemento com maior EN)

QOx=V-L (para os outros)0 0 0

-2 -2+4

Page 11: QUÍMICA GERAL LIGAÇÕES QUÍMICAS COVALENTES Prof. Sérgio Pezzin

Cargas formais e número de oxidação As cargas formais são indicadas. Quais são os números de oxidação ?

Quais são as cargas formais e os números de oxidação?

Page 12: QUÍMICA GERAL LIGAÇÕES QUÍMICAS COVALENTES Prof. Sérgio Pezzin

Como escrever as estruturas de Lewis 7) Das estruturas de Lewis possíveis escolha aquelas com as cargas

formais mais baixas.

N

o

o o

N

o

o o

N

o

o oN

o

o o

-1 -1

-1 -1

-1

-1

0 0

0

0 0 0

0 +2 -1 +1

Carga total Q = qi

Q = -1 Q = -1 Q = -1 Q = -1

estrutura com as cargas formais mais baixas IQI = IqiI IQI = 1 IQI = 5 IQI = 1 IQI = 3

Carga negativa não está sobre oátomo com maior EN

A regra do octeto é satisfeita ?

não não não sim

Page 13: QUÍMICA GERAL LIGAÇÕES QUÍMICAS COVALENTES Prof. Sérgio Pezzin

Estruturas de ressonância

N

o

o o

-1

0 0

0 N

oo

o

-10

0

0N

o o

o

-1

0

00

N

o

o o

Os 3 átomos de oxigênio são completamente equivalentes, e há portanto 3 possibilidades de escrever a estrutura de Lewis.Na realidade, as 3 ligações N-O têm o mesmo comprimento e a carga é distribuída sobre os 3 oxigênios, de maneira que a estrutura real é uma superposição das 3 estruturas de ressonância.

Exemplo famoso: o benzeno C6H6

estrutura de Kekuléestruturas de ressonância do benzeno

Page 14: QUÍMICA GERAL LIGAÇÕES QUÍMICAS COVALENTES Prof. Sérgio Pezzin

Exceções à regra do octeto

Participação de orbital p ou d : (compostos com mais que 8 elétrons de valência)

Outros exemplos: SF6, ICl2-, PO4

3-, I3-

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Os radicais

Radicais:moléculas com um ou mais elétrons não-emparelhados

O2 biradical

1s1s

2s2s

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Ligações covalentes de coordenação

Ácido de Lewis: aceita um par eletrônico(contém orbitais p ou d !)

Base de Lewis:Fornece um par livre

Exemplo: o boro

→ monovalente (pode formar uma ligação covalente)

Interação com outros átomos

4 orbitais híbridosdo tipo sp3

→ trivalente (pode formar 3 ligações covalentes)

I F I I F I I F I

BF3

I F I-

BF4-

Complexos ácido-base de Lewis

I N - HH

H

Page 17: QUÍMICA GERAL LIGAÇÕES QUÍMICAS COVALENTES Prof. Sérgio Pezzin

Corrigindo o modelo covalente:Eletronegatividade

O poder de atração dos elétrons por um átomo quando este é parte de uma ligação é

chamada de eletronegatividade.

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Corrigindo o modelo covalente:Eletronegatividade

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Ligações polares H-H EN = 0 ligação apolar

EN = 0 ligação polar: o par eletrônico é mais próximo do átomo com maior EN

i

ii rq

DipoloMomento dipolar

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Corrigindo o modelo iônico:Polarizabilidade

Todas as ligações iônicas tem algum carátercovalente.

A ligação adquire maior caráter covalente quando a distorção da nuvem eletrônica aumenta.

Átomos que sofrem uma grande distorção são

altamente polarizáveis.

Átomos que podem causar distorção tem alto poder de polarização.

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Corrigindo o modelo iônico:Polarizabilidade

Um ânion pode ser altamente polarizável se for grande:o núcleo exerce pouca influência sobre os elétrons mais externos

porque eles são pequenos.

Um cátion pode ter um grande poder polarizantese for pequeno:

núcleo exerce forte atração sobre os elétrons do átomo vizinho.

Page 22: QUÍMICA GERAL LIGAÇÕES QUÍMICAS COVALENTES Prof. Sérgio Pezzin

A força das ligações covalentes Entalpias médias de ligação (em kJ/mol)

Page 23: QUÍMICA GERAL LIGAÇÕES QUÍMICAS COVALENTES Prof. Sérgio Pezzin

Os comprimentos de ligações covalentes

Page 24: QUÍMICA GERAL LIGAÇÕES QUÍMICAS COVALENTES Prof. Sérgio Pezzin

Formas das moléculas O modelo VSEPR: Valence Shell Electron Pair Repulsion Model (Modelo da repulsão dos pares de elétrons da camada de valência)

Page 25: QUÍMICA GERAL LIGAÇÕES QUÍMICAS COVALENTES Prof. Sérgio Pezzin

O modelo VSEPR Linear (2 EPs) (3 EPs) (4 EPs)

(5 EPs)

6 EPs

Page 26: QUÍMICA GERAL LIGAÇÕES QUÍMICAS COVALENTES Prof. Sérgio Pezzin

O carbono

As formas alotrópicas do carbono

diamante

grafite

C60

fullerenos

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ligações carbono-carbono

Configuração de valência hibridização C estado fundamental C* configuração excitada sp3

(2 ligações possíveis) (4 ligações, 1 mais forte) (4 ligações equivalentes)

Modelo VSEPR: 4 orbitais forma tetraédrica

ligações, ligações simples

CH4

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Hibridização ligações simples

Ligações duplas

C-H

H2CO

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As ligações aromáticas

ligações simples e duplas alternadas

Todas as ligações são equivalentes

Page 30: QUÍMICA GERAL LIGAÇÕES QUÍMICAS COVALENTES Prof. Sérgio Pezzin

As ligações triplas

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Resumo da hibridização

Page 32: QUÍMICA GERAL LIGAÇÕES QUÍMICAS COVALENTES Prof. Sérgio Pezzin

A Ligação Covalente

região com densidade eletrônica maior entre os núcleos

H H

1 2

→ atração entre os átomos→ repulsão entre os átomos

Interferência positiva Interferência negativa

região com densidade eletrônica diminuída entre os núcleos

Page 33: QUÍMICA GERAL LIGAÇÕES QUÍMICAS COVALENTES Prof. Sérgio Pezzin

A molécula mais simples: H2

Superposição positivaInterferência construtiva

Superposição negativaInterferência destrutiva

H H

um par de elétrons ligantes

•HH•

Um électron só (não-emparelhado)

A representação de Lewis

orbital molecularligante

orbital molecularanti-ligante *

: simetria cilíndrica em torno do eixo internuclear

Page 34: QUÍMICA GERAL LIGAÇÕES QUÍMICAS COVALENTES Prof. Sérgio Pezzin

As funções de onda das moléculas:

os orbitais moleculares

Pode-se aproximar os orbitais moleculares por uma combinação linear dos orbitais atômicos (MO-LCAO).

MOMO MOH ˆMOMO nível de energia molecular

Soluções da equação de Schrödinger para a molécula:

função de onda molecular

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Orbitais moleculares

ligação (simétrica em torno do eixo internuclear, recobrimento de orbitais co-lineares)

ligação (mudança de sinal com a rotação, os átomos se aproximam lateralmente)

+

s p Sp

Orbitais híbridos

Orbital não-ligante

NN

HHHH

HH

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Orbitais moleculares da H2O

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Orbitais moleculares

WW22ClCl44(NHEt)(NHEt)22(PMe(PMe33))22

ligação de 2 orbitais atômicos dxz

ligação de 2 orbitais atômicos dz2

Page 38: QUÍMICA GERAL LIGAÇÕES QUÍMICAS COVALENTES Prof. Sérgio Pezzin

A representação das estruturas moleculares

Page 39: QUÍMICA GERAL LIGAÇÕES QUÍMICAS COVALENTES Prof. Sérgio Pezzin

A ligação metálica: Todos os átomos compartilham os elétronsENA e ENB baixos, ENAB ~ 0 (entre metal e metal)

Sólidos metálicos

gálio

ouro

sódio

objetos de magnésio

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A ligação metálica

cátions com os elétrons de valência quase livres

estruturas compactas; fcc, hcp

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Condutividade

Supercondutividade do YBa2Cu3O7

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As Ligas

(latão)

(solda)

(aço inox)