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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

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Page 1: SEMINÁRIO As simetrias dos orbitais: Construção dos ... · simetrias iguais? Existe relação entre o grupo pontual de uma molécula e as simetrias de seus orbitais? Isso está

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

Page 2: SEMINÁRIO As simetrias dos orbitais: Construção dos ... · simetrias iguais? Existe relação entre o grupo pontual de uma molécula e as simetrias de seus orbitais? Isso está

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

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Orbitais pi (ligante)

C2 +

-

+

-

- +

4 Fonte: http://2012books.lardbucket.org/books/principles-of-general-chemistry-v1.0m/s13-03-delocalized-bonding-and-molecu.html

Page 5: SEMINÁRIO As simetrias dos orbitais: Construção dos ... · simetrias iguais? Existe relação entre o grupo pontual de uma molécula e as simetrias de seus orbitais? Isso está

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

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Orbitais sigma (ligante)

Cn

6 Fonte: http://2012books.lardbucket.org/books/principles-of-general-chemistry-v1.0m/s13-03-delocalized-bonding-and-molecu.html

Page 7: SEMINÁRIO As simetrias dos orbitais: Construção dos ... · simetrias iguais? Existe relação entre o grupo pontual de uma molécula e as simetrias de seus orbitais? Isso está

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

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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

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NOMENCLATURA

Um orbital sigma antiligante

+ +

i

O sinal mudou

u

-

10

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NOMENCLATURA

Um orbital pi ligante

O sinal mudou

u

i

11

Page 12: SEMINÁRIO As simetrias dos orbitais: Construção dos ... · simetrias iguais? Existe relação entre o grupo pontual de uma molécula e as simetrias de seus orbitais? Isso está

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

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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

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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

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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

Page 18: SEMINÁRIO As simetrias dos orbitais: Construção dos ... · simetrias iguais? Existe relação entre o grupo pontual de uma molécula e as simetrias de seus orbitais? Isso está

TABELA DE CARACTERES

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TABELA DE CARACTERES

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Page 20: SEMINÁRIO As simetrias dos orbitais: Construção dos ... · simetrias iguais? Existe relação entre o grupo pontual de uma molécula e as simetrias de seus orbitais? Isso está

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

21

SIMETRIA ORBITAIS MOLECULARES

A1 2s(O) 2pz(O) 1s(H)

A2

B1 2pX(O)

B2 2pY(O) 1s(H)*

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COMBINAÇÕES LINEARES FORMADAS POR

SIMETRIA (CLFS)

Princípio fundamental da teoria dos orbitais;

Orbitais moleculares são

construídos a partir de orbitais

atômicos de mesma simetria

22

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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

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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

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SIMETRIA DAS VIBRAÇÕES

Deslocamentos dos átomos numa molécula não-

linear:

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TRANSLACIONAL

ROTACIONAL

VIBRACIONAL

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SIMETRIA DAS VIBRAÇÕES

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Deixam seu centro de

massa e sua orientação

inalterados.

R ≠ 0 Dipolo

IV

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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 .

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SIMETRIA DAS VIBRAÇÕES

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Exemplo

i

RAMAN

IV

IV

IV

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SIMETRIA DOS MODOS NORMAIS

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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

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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;

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OBRIGADO