seminÁrio as simetrias dos orbitais: construção dos ... · simetrias iguais? existe relação...
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
NPGQ
São Cristóvão - SE
SEMINÁRIO
As simetrias dos orbitais:
Construção dos orbitais moleculares, exemplos e
aplicações
Isaac de Araujo Matos
OBJETIVOS
Compreender o significado das nomenclaturas
dos orbitais;
Introduzir à teoria de grupo;
Identificar a simetria de um orbital a partir de
tabelas;
Compreender o significado de um símbolo;
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NOMENCLATURA
3
Orbitais pi (ligante)
C2 +
-
+
-
- +
4 Fonte: http://2012books.lardbucket.org/books/principles-of-general-chemistry-v1.0m/s13-03-delocalized-bonding-and-molecu.html
Orbitais pi (anti-ligante)
C2 -
+
-
5 Fonte: http://2012books.lardbucket.org/books/principles-of-general-chemistry-v1.0m/s13-03-delocalized-bonding-and-molecu.html
Orbitais sigma (ligante)
Cn
6 Fonte: http://2012books.lardbucket.org/books/principles-of-general-chemistry-v1.0m/s13-03-delocalized-bonding-and-molecu.html
Orbitais sigma (anti-ligante)
Cn
7 Fonte: http://2012books.lardbucket.org/books/principles-of-general-chemistry-v1.0m/s13-03-delocalized-bonding-and-molecu.html
CLASSIFICAÇÃO DOS ORBITAIS
σu
σg
Πu
Πg g = gerade (par)
u = ungerade (ímpar)
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NOMENCLATURA
Um orbital sigma ligante
+ +
+ +
i
+ +
O sinal não mudou
g
9
NOMENCLATURA
Um orbital sigma antiligante
+ +
i
O sinal mudou
u
-
10
NOMENCLATURA
Um orbital pi ligante
O sinal mudou
u
i
11
NOMENCLATURA
Um orbital pi antiligante
+
+
-
-
i +
+
-
-
O sinal não mudou
g
12 Fonte: http://2012books.lardbucket.org/books/principles-of-general-chemistry-v1.0m/s13-03-delocalized-bonding-and-molecu.html
CONSIDERAÇÕES
Moléculas podem ser agrupadas por simetria;
Uma molécula possuí mais de um orbital
molecular (O.M);
Orbitais possuem simetria;
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INDAGAÇÕES
Os orbitais de uma
mesma molécula
possuirão
simetrias iguais?
Existe relação entre o
grupo pontual de
uma molécula e as
simetrias de seus
orbitais?
Isso está
relacionado
com a ligação
química? 14
SIMETRIA DOS ORBITAIS MOLECULARES
2s (O) 2pz (O)
2py (O) 2px (O)
1s + 1s (H) 1s + 1s (H)
O H
15 Fonte: http://www.chm.bris.ac.uk/pt/harvey/elstruct/lcao_mo.html
TABELA DE CARACTERES
ROTAÇÃO 360º/n
IDENTIDADE REFLEXÃO ORDEM DO
GRUPO
FUNÇÕES translações e
componentes de MD, (x,y,z) IV
FUNÇÕES ADICIONAIS funções quadráticas –
importantes para atividade no Raman
Grupo
Pontual
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TABELA DE CARACTERES
2s (O) 2px (O)
Z
X
Y
2py (O)
2pz (O) 1s (H)*
SIMETRIA ORBITAIS MOLECULARES
A1 2s(O) 2pz(O) 1s(H)
A2
B1 2pX(O)
B2 2pY(O) 1s(H)*
1s (H)
17
TABELA DE CARACTERES
18
TABELA DE CARACTERES
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NOMENCLATURA DOS O.M. E
SIMETRIA
1X ORBITAL
ATÔMICO DO OXIGÊNIO
2X ORBITAL
ATÔMICO DO HIDROGÊNIO
1a1
1b2
2a1
1b1
3a1
2b2
2s
2pz 2py
2px
1s
σH2*
σH2
ORBITAL MOLECULAR
DA ÁGUA
EN
ER
GIA
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SIMETRIA DOS O.A. E FORMAÇÃO
DOS O.M
1a1
1b2
2b1
1b1
3a1
2b2
2s
2pz 2py
2px
1s
σH2*
σH2
Eu
descobri!
É por causa
da simetria
A1
A1 A1
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SIMETRIA ORBITAIS MOLECULARES
A1 2s(O) 2pz(O) 1s(H)
A2
B1 2pX(O)
B2 2pY(O) 1s(H)*
COMBINAÇÕES LINEARES FORMADAS POR
SIMETRIA (CLFS)
Princípio fundamental da teoria dos orbitais;
Orbitais moleculares são
construídos a partir de orbitais
atômicos de mesma simetria
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COMBINAÇÕES LINEARES FORMADAS POR
SIMETRIA (CLFS)
Identificando as simetrias das CLFS do NO2
C2v
φ = Ψ0 Ψ0’ - Ψ0 = O2px Ψ0’ = O2px
Qual grupo
pontual?
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CONSTRUÇÃO DOS ORBITAIS
MOLECULARES
Os orbitais s e pz combinam-se para formar
orbitais moleculares sigma
Os orbitais s e px
não combinam-se
para formar orbitais
moleculares 24
CÁCULO DOS MODOS DE
VIBRAÇÕES
Para uma molécula não linear o número de
modos vibracionais vale (3N-6), sendo N o
número de átomos
Ex: H2O
(3x3-6) = 3 modos vibracioanais
Para uma molécula linear o número de modos
vibracionais vale (3N-5), sendo N o número de
átomos
Ex: CO2
(3x3-5) = 4 modos vibracioanais
SIMETRIA DAS VIBRAÇÕES
Deslocamentos dos átomos numa molécula não-
linear:
26
TRANSLACIONAL
ROTACIONAL
VIBRACIONAL
SIMETRIA DAS VIBRAÇÕES
27
Deixam seu centro de
massa e sua orientação
inalterados.
R ≠ 0 Dipolo
IV
SIMETRIA DAS VIBRAÇÕES
Analisar a mudança de polarizabilidade não é
intuitivo.
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Regra da Exclusão
Se uma molécula tem centro de inversão, nenhum
dos seus modos pode ser simultaneamente ativo
no IV e no Raman .
SIMETRIA DAS VIBRAÇÕES
29
Exemplo
i
RAMAN
IV
IV
IV
SIMETRIA DOS MODOS NORMAIS
30
Até agora usamos a intuição para avaliar se um
modo vibracional provoca uma mudança no dipolo
elétrico.
cis-[PtCl2 (NH3)2 trans-[PtCl2 (NH3)2
C2v D2h
Estiramento
Pt-Cl
200 a 400 cm-1
SIMETRIA DAS VIBRAÇÕES
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A simetria de uma vibração
deve ser a mesma que a de
x, y ou z na tabela de
caracteres para que a
vibração seja ativa no IV Estiramento Simétrico A1
Estiramento Assimétrico B2
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
SHRIVER, D. F.; ATKINS, P. W. Química Inorgânica, 5° ed. Porto Alegre,
Bookman, 2008;
LEE, J.D., Química Inorgânica não tão concisa, 5° ed., São Paulo, Edgar
Blcher Ltda, 2008;
33
OBRIGADO