teoria das orbitais moleculares

Regra do Octeto (válida apenas para elementos do 2º Período)

Os átomos tendem a formar ligações até ficarem rodeados de oito electrões de valência, por forma a adquirirem uma configuração de gás nobre, de particular estabilidade.

Gilbert Newton Lewis

(1875 - 1946)

Repulsão dos Pares Electrónicos da Camada de Valência (RPECV)

XeF4

Quadrangular plana26

SF6, SeF6

Octaédrica06

PCl5, SbCl5

Bipirâmide trigonal

05

H2O, H2S, OF2

Angular~109º24

NH3, NF3, PH3

Pirâmide trigonal14

CH4, CCl4, SiF4

Tetraédrica04

SO2, SnCl2, PbCl2Angular13

BF3, BCl3, AlCl3Triangular plana03

CO2, BeCl2, CS2, HgCl2Linear02

ExemplosGeometriaDistribuição mais favorável para os pares de electrões

Pares não ligantesN.º de pares de electrões na camada de valência

A

B B

B B

B

B

A

B B

B B

AB

B

B

B

B

A

A

A

BB

A

BB

B

A

B

BB

B

A120º

120º

120º

AB B

A

B

B B

A180º B A B

A

Teoria da ligação de valência (TLV)

Dois átomos aproximam-se um do outro até que as suas orbitais coalescem.

Orbital 1satómica

Orbital 1satómica

Ligação sigma)


Da coalescência de duas orbitais s ou px (considerando a aproximação dos dois átomos ao longo do eixo dos xx, estas últimas coalescem de topo), formar-se-á uma nuvem electrónica de simetria cilíndrica em torno do eixo internuclear, designando-se a ligação formada por ligação (sigma).

Ligação (sigma).

Orbital 2px

atómicaLigação sigma)Orbital 2px

atómica


A coalescência de duas orbitais py ou de duas pz, que coalescem lateralmente, originará uma ligação (pi) que, à semelhança das orbitais p, será constituída por dois lóbulos.

Ligação (pi).

Orbital 2patómica

LIgação pi)

Orbital 2patómica


Uma ligação é mais forte do que uma , em virtude de a coalescência de topo ser superior à coalescência lateral – critério da coalescência máxima.

Ao somatório das ligações e que se estabelecem entre dois átomos, chama-se multiplicidade da ligação.


Hibridação sp3

6C - 1s2 2s2 2px1 2py

1 2pz0

hibridação

s p sp3

Uma orbital s e três orbitais p, produzem uma hibridação sp3


Hibridação sp3

6C - 1s2 2s2 2px1 2py

1 2pz0

x

y

z

x

y

z

x

y

z

x

y

zhibridação

x

y

z

x

y

z

x

y

z

x

y

z


Hibridação sp3 - Metano

Estas orbitais fazem entre si ângulos de aproximadamente 109º, o que corresponde exactamente aos ângulos de ligação observados na molécula de metano. Esta vai então formar-se por coalescência de cada uma das quatro orbitais híbridas com a orbital 1s de um átomo de hidrogénio, resultando em quatro ligações .


Hibridação sp2

6C - 1s2 2s2 2px1 2py

1 2pz0

Uma orbital s e duas orbitais p, produzem a hibridação sp2

hibridação

s p sp2 p


Hibridação sp2

6C - 1s2 2s2 2px1 2py

1 2pz0

Uma orbital s e duas orbitais p, produzem três orbitais hibridas sp2

x

y

z

x

y

z

x

y

z hibridação

x

y

z

x

y

z

x

y

z


Três orbitais sp2 + orbital p

Vista de lado Vista de topo


Hibridação sp2 –Eteno (ligação dupla)

A ligação dupla entre os dois átomos de carbono é, pois, formada por uma ligação e outra , dizendo-se que tem multiplicidade dois. A coalescência lado a lado da ligação impede a rotação da ligação C-C.


Hibridação sp

6C - 1s2 2s2 2px1 2py

1 2pz0

Uma orbital s e uma orbital, produzem a hibridação sp

hibridação

s p sp p


Hibridação sp

6C - 1s2 2s2 2px1 2py

1 2pz0

Uma orbital s e uma orbital p, produzem duas orbitais hibridas sp

x

y

z

x

y

z

hibridação

x

y

z

x

y

z


As duas orbitais sp e as duas orbitais p


Hibridação sp –Etino (ligação tripla)

A ligação tripla entre os dois átomos de carbono é, pois, formada por uma ligação e duas , dizendo-se que tem multiplicidade três. A coalescência lado a lado das ligações impede a rotação da ligação C-C, o que não condiciona a geometria dado que as ligações fazem ângulos de 180º, pelo que a molécula é linear.

Teoria das Orbitais Moleculares (TOM)

Segundo a Teoria das Orbitais Moleculares, a sobreposição de duas orbitais atómicas leva à formação de duas orbitais moleculares: uma orbital molecular ligante (ou ), de menor energia, e uma orbital molecular antiligante (* ou *), de maior energia.

Quando as orbitais que se combinam são s ou px (considerando a aproximação dos átomos segundo o eixo xx), as orbitais moleculares obtidas designam-se sigma (), enquanto que da combinação das orbitais atómicas py e pz, resulta a formação de orbitais moleculares .


Os electrões das orbitais moleculares ligantes (ou ) são electrões ligantes e os das orbitais moleculares antiligantes (* ou *) são electrões antiligantes.

Ordem da Ligação

A diferença entre os electrões ligantes e os electrões antiligantes dá-nos o número de electrões efectivamente ligantes. Aqueles cujo efeito é mutuamente anulado chamam-se electrões não-ligantes.

2

esantiligant electrões nº - ligantes electrões nº.. LO


Formação de Orbitais Moleculares 1s e 1s

Ene

rgia

Átomo Molécula Átomo

1s

*1s

1s 1s

Para as orbitais 2s teremos um diagrama e formas semelhantes, simplesmente os valores de energia serão mais elevados.

1s

1s


Molécula H2

Ene

rgia

1s

*1s

1s 1s

H H2 H

Configuração ElectrónicaH2 – 1s

2

Simples Ligação 12

0 - 2.. LO

Teoria das Orbitais Moleculares (TOM) E

nerg

ia


2px

*2px

2px 2px

Formação de Orbitais Moleculares 2px e 2px

2px

2px


Formação de Orbitais Moleculares 2py e 2py

As Orbitais Moleculares 2pz e 2pz são idênticas em energia, mas espacialmente perpendiculares.

Ene

rgia


2py

*2py

2py 2py

2py

2py


Energia relativa das Orbitais Moleculares para elementos dos 1.º e 2.º Períodos

Ene

rgia


2py

*2py

2py 2pz 2py 2pz2px2px

*2px

2px

2pz

*2pz

1s

*1s

1s 1s

2s

*2s

2s 2s

Híbridos de Ressonância(Benzeno)

Teoria da Ligação de ValênciaÂngulos de 120º entre os carbonos: hibridação sp2

C

C

C

CC

C

H

HH

HH

H

Nas ligações são envolvidos 24 electrões (2 x 12 ligações). Como a molécula do benzeno tem 30 electrões de valência sobram 6 nas orbitais p que apenas podem coalescer lateralmente para formar ligações .


Como a molécula do benzeno tem 30 electrões de valência sobram 6 nas orbitais p que apenas podem coalescer lateralmente para formar ligações .

ou

Comprimento das ligações:Simples (C-C): 154 pmDupla (C=C): 133 pmBenzeno: 140 pm (todas iguais)

Como explicar?

Qualquer uma das duas estruturas tem ligações simples e duplas, no entanto…


August Kekulé (1829-1896)


Kekulé sugeriu que o benzeno seria uma estrutura híbrida entre as duas representações de Lewis.

August Kekulé (1829-1896)


Os 6 electrões p encontram-se assim deslocalizados por toda a estrutura.

As ligações na molécula de benzeno são assim todas iguais, com ordem de ligação de 1,5.


Moléculas como o benzeno, que não podem ser descritas por uma única estrutura de Lewis, dizem-se híbridos de ressonância.

Representação simplificada:


Qual o significado da seta na estrutura do benzeno?


A seta significa que a estrutura é hibrida: nem é uma, nem é outra, mas uma mistura das duas.

Não confundir com a seta de equilíbrio químico em que há interconversão!!!!!

Outros Híbridos de Ressonância

Ozono (O3) Dióxido de Enxofre (SO2)

OO O

OO O

O

O

O

OO

OO

OO

ou

Ligações

Ligações

SO O

SO O

Ligações

O

S

O

Ligações

SO

O ouS

OO

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