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LIGAÇÕES QUÍMICAS
GEOMETRIA MOLECULAR
HIBRIDIZAÇÃO
Linus Pauling
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Geometria molecular
• O arranjo tri-dimensional dos átomos em uma molécula geometria molecular
• A teoria da repulsão dos pares de elétrons (ligantes e não-ligantes) procura explicar o arranjo dos átomos numa molécula.
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Teoria da repulsão dos elétrons
• Elétrons são partículas carregadas negativamente, portanto se repelem mutuamente.
• Os elétrons ocuparão posições tais que minimizem os efeitos de suas repulsões (ocupando regiões o mais afastado possível uns dos outros).
• Num átomo os elétrons ocupam determinados espaços chamados orbitais (máximo 2e- num orbital).
• Tipos de orbitais mais comuns: orbitais s ; p ;
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REVENDO O ORBITAL sFORMA DOS ORBITAIS
orbital s
x
y
z
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REVENDO OS 3 ORBITAIS p
pz orbital py orbitalpx orbital
FORMAS DOS ORBITAISz
x
y
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Exemplo da geometria de uma molécula com mais de um átomo central
• Observa-se que um dos carbonos da molécula é tetraédrico e o outro é trigonal plano (explicação fica para após o conceito de hibridação).
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Momento dipolar
• A molécula de HF tem uma ligação polar – uma separação de cargas devido a diferença de eletronegatividade existente entre o F e o H.
• A forma da molécula e a grandeza do dipolo explicam a polaridade total da molécula.
+H-F
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Momento dipolar e geometria
• Moléculas diatômicas homonucleares não apresentam momento dipolar (O2, F2, Cl2, etc)
• Moléculas triatômicas ou maiores ( dependem do efeito resultante de todas ligações polares existentes na molécula).
• Em moléculas como CCl4 (tetraédricas) BF3 (trigonal planar) todos vetores das ligações polares individuais se cancelam resultando em nenhum momento dipolar(zero).
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O momento dipolar depende da geometria da molécula
Momentos dipolares
Resultante dos momentos dipolares = zero
Momentos dipolares
Resultante dos momentos dipolares ≠ zero
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Mais exemplos polaridade e geometria
apolar apolar apolar
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Ligações covalentes
• Resultam da sobreposição dos orbitais atômicos dos átomos que participam da ligação.
• Os átomos compartilham o par eletrônico existente na ligação.
• A ligação covalente pode ser polar ou apolar.
• Podem ser do tipo sigma ou pi.
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A molécula de H2
• Observa-se uma ligação covalente simples resultante da sobreposição de um orbital 1s de cada um dos átomos de hidrogênio.
• Observa-se que a ligação tem uma simetria cilíndrica sobre o eixo que une o centro dos dois átomos. Isto é conhecido como ligação .
• A ligação no H2 (H-H”) pode ser resumida em:1s (H) – 1s(H”) ligação
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A ligação covalente no H2
• Interpenetração de orbitais (ligação sigma s-s)
H H
Região da sobreposição
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A ligação no H2
• SIMETRIA CILÍNDRICA DA LIGAÇÃO SIGMA
H H
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2 átomos de H separados2 átomos de H separados2 átomos de H separados2 átomos de H separados
Cada átomo de H apresenta 1 eletron no orbital do subnível Cada átomo de H apresenta 1 eletron no orbital do subnível
1s. Este elétron encontra-se atraído pelo único próton 1s. Este elétron encontra-se atraído pelo único próton
existente no núcleo do átomo de H.existente no núcleo do átomo de H.
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Início da formação do HInício da formação do H22Início da formação do HInício da formação do H22
Os átomos de H se aproximam acontecendo a sobreposição Os átomos de H se aproximam acontecendo a sobreposição
dos orbitais 1s. Cada elétron começa a sentir a força dos orbitais 1s. Cada elétron começa a sentir a força
atrativa de ambos prótons dos núcleosatrativa de ambos prótons dos núcleos..
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Ligação sigma s-s quase completa no HLigação sigma s-s quase completa no H22Ligação sigma s-s quase completa no HLigação sigma s-s quase completa no H22
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Molécula de HMolécula de H2 2 com seu orbital molecularcom seu orbital molecularMolécula de HMolécula de H2 2 com seu orbital molecularcom seu orbital molecular
Na molécula de HNa molécula de H22 os dois orbitais atômicos 1 s dão origem os dois orbitais atômicos 1 s dão origem
a um orbital molecular que engloba os dois elétrons a um orbital molecular que engloba os dois elétrons
existentes na ligação covalente.existentes na ligação covalente.
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A molécula de Cl2
• Observa-se uma ligação simples originada da união de dois orbitais 3p, cada um pertencente a um dos átomos de cloro.
Cl Cl
Resumo 3pz (Cl ) – 3pz (Cl”)ligação sigma
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A ligação sigmap-p
• Simetria cilíndrica
Cl Cl
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Uma Molécula Linear
A molécula de BeH2
BeH H
Região da ligação
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Geometria Linear no BeCl2
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GEOMETRIA DAS MOLÉCULAS• Muitas propriedades (ex:reatividade) das
moléculas estão relacionados com sua forma.
• A forma é dependente do ângulo das ligações e do comprimento das ligações.
• Utiliza-se o conceito de hibridização dos átomos numa molécula para explicar a forma dessa molécula.
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Hibridização de orbitais atômicos
• É a mistura de orbitais pertencentes a um mesmo átomo, originando novos orbitais iguais entre si, mas diferentes dos orbitais originais.
• A diferença destes novos orbitais atômicos, denominados orbitais híbridos, acontece tanto na geometria(forma) como no conteúdo energético.
• O número dos orbitais híbridos obtidos será o mesmo dos orbitais existentes antes de serem misturados.
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ORBITAIS ANTES DA HIBRIDAÇÃO
px orbital
pz orbital
z
x
py orbital
y
s orbitalhibridização
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Orbitais após a hibridação (sp3)
Orbitais após a hibridação (sp3)
x
z
4 x sp3
orbitais híbridos
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Hibridização sp3
• É a mistura de 3 orbitais p “puros” com um orbital s “puro”, formando 4 novos orbitais “híbridos” denominados sp3.
• A geometria dos 4 orbitais sp3 é tetraédrica (os 4 orbitais partem do centro do tetraédro e dirigem-se, cada um, para um dos vértices do tetraédro).
• O ângulo entre os orbitais sp3 será de aprox.109°• Acontece no C que se liga através de 4 ligações
simples ( o C é tetravalente).
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A formação dos híbridos sp3
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Exemplo de hibridação sp3 CH4
• No CH4, os 4 orbitais híbridos sp3 do C se ligam com os orbitais s de 4 átomos de H, formando 4 ligações sigma C-H
[sp3 (C) – 1s (H) ] x 4 ligação
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C
O carbono possui 4 elétrons de valência 2s22p2
O carbono é tetravalente.
.. .
.
O carbono pode formar ligações simples, duplas e triplas.
O carbono pode apresentar orbitais híbridos do tipo sp, sp2 e sp3
Postulados de Kekulé
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2p
2s
hibridação sp3
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H
H
H
H
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Fórmula molecular do metano: CH4
Fórmula estrutural do metano: C
H
H
H
H
Lembrando, 4 ligações simples sp3 ( 4 orbitais híbridos). Hidrogênio possui 1s orbital não hibridizado.
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Metano
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esta ligação está se afastando de você
esta ligação está indo em sua direção
FORMA DAS MOLÉCULAS
H
H
C
H
H
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MOLÉCULA DO CH4
Ela apresenta quatro ligações simples sigma do tipo sp3-s
O ângulo entre os orbitais ligantes é de 109028’
A geometria é tetraédrica
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A formação das ligações covalentes
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FORMA DAS MOLÉCULASsp3 - tetraédrica
H
N
H
HH
N
H
H
sp3
O
H
H
sp3sp3
H
H
C
H
H
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A molécula de CH4
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Hibridização sp2
• É a mistura de um orbital s com dois orbitais p (pertencentes a um mesmo átomo), resultando em 3 novos orbitais denominados híbridos sp2.
• Os três orbitais híbridos sp2 situam-se num mesmo plano formando ângulos de 120° entre si (geometria plana triangular).
• Acontece com C que possua uma dupla ligação.• Num C do tipo sp2 existirá um orbital p “puro”
que será responsável pela ligação covalente do tipo pi.
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Estado fundamental
Estado excitado
Estado híbrido
Orbitais sp3
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Etileno C CH
H
H
H
Cada carbono é hibrido sp2 . O hidrogênio é 1s. Uma ligação da dupla é sp2 - sp2. A outra é p - p.
2p
2s
hibridação
2p
sp2
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C C
Observe que a dupla ligação consiste numa ligação do tipo e outra do tipo
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C C
H
H
H
H
C C
H
H
H
H
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Exemplo de hibridação sp2 H2C=CH2
• Molécula de eteno (etileno).
• Os dois átomos de C encontram-se ligados por uma dupla ligação Uma ligação sigma sp2-sp2 e uma ligação pi).
• Cada átomo de C encontra-se ligado a dois átomos de H (duas ligações sigma s-sp2).
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A Molécula de C2H4
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Os ângulos de ligações no C2H4
• Como os átomos centrais são dois carbonos de hibridação sp2 o ângulo entre as ligações sigma será de 120. Observe que a ligação é perpendicular ao plano que contém a molécula.
• C com uma dupla ligação hibridação sp2
Em uma dupla ligação uma ligação e uma ligação
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sp2 - trigonal planar
eteno(etileno)
ligação
ligação
HIBRIDIZAÇÃO sp2
C C
H
H H
H
C C
H
H H
H
C C
H
H H
H
120°
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FORMA DA MOLÉCULA
ligação
ligação
sp2 - trigonal planar
C C
orbital p vazio C C
H
H H
H
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Ligações no etileno
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Formação dos orbitais moleculares pi na molécula do etileno
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C NH
H H
C OH
H
OUTRAS MOLÉCULAS PLANAS TRIGONAIS
hibridação sp2 geometria trigonal planar
H
H
H
H
H
H
neste exemplo, cadacarbono é sp2
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Hibridação sp• É a mistura de um orbital s com 1 orbital p,
produzindo dois novos orbitais denominados híbridos sp.
• Os orbitais híbridos sp formam um ângulo de 180 entre si.
• A geometria molecular será linear.• Surge em C com duas duplas ou C com uma tripla
ligação.• Numa tripla ligação ter-se-á uma ligação sigma e
duas pi.
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Estado fundamental
Estado excitado
Estado híbrido
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Etino (Acetileno)
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Exemplo de hibridação sp C2H2
• Etino (acetileno)• Em torno dos átomos de C existem dois orbitais híbridos
sp e dois orbitais p “puros”.• Os dois orbitais híbridos se ligarão através de ligações
sigma s-sp (H-C) e sigma sp-sp(C-C).• Os dois orbitais p de cada carbono se ligarão produzindo
duas ligações pi entre os carbonos (resultando numa tripla ligação entre os dois carbonos).
• Liga tripla uma ligação e duas ligações
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Fórmula estrutural do acetileno
C CH HCada átomo de carbono é um híbrido sp.Os hidrogênios possuem orbitais 1s, não hibridizados.
2p
2s
hibridação
2p
sp
Observe que a tripla ligação consiste de uma e 2 . As duas ligações provem dos orbitais p, não hibridizados.
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CCH H
C C HH
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A Molécula de C2H2
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Orbitais moleculares sigma e pi no acetileno (C2H2)Ligação pi
Ligação pi
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Tipos de ligações no C2H2
• No acetileno existem 3 tipos de ligações: ligações sigma s-sp; ligação sigma sp-sp; ligações pi
[sp (C 1 ) – 1s (H) ] x 2 tipo
[sp (C 1 ) – sp (C 2 ) ] tipo
[2py (C 1 ) – 2py
(C 2 ) ] tipo
[2pz (C 1 ) – 2pz
(C 2 ) ] tipo
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Hibridações especiais -água
• Na molécula da água não ocorre excitação: apenas a hibridação que tem geometria tetraédrica e é considerada sp3.
• O ângulo entre as duas ligações O-H é de 104,5o. Este ângulo é próximo ao calculado pelo modelo da hibridização de orbitais atômicos. Neste caso, o O estaria hibridizado em sp3, sendo que dois orbitais já estariam preenchidos com elétrons não ligantes. O ângulo esperado seria de 109o, uma geometria tetraédrica; a repulsão entre estes pares eletrônicos, entretanto, pode provocar este pequeno desvio.
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Hibridação da água
• A conseqüência é uma distribuição eletrônica heterogênea na molécula, resultando uma densidade de carga negativa (-) sobre o átomo de oxigênio e densidades de carga positiva (+) sobre os átomos de hidrogênio.
• Esta propriedade, somada ao ângulo de ligação, torna a molécula da água polar, isto é, capaz de sofrer uma orientação em um determinado campo
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Hibridação da água(geometria)
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Hibridação da água (geometria)
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Estrutura da amônia
• A molécula não é plana, apresenta geometria piramidal. Esta geometria ocorre devido à formação de orbitais híbridos sp³. Em solução aquosa se comporta como uma base transformando-se num íon amônio, NH4+, com um átomo de hidrogênio em cada vértice do tetraedro
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Estrutura da amônia
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Hibridação dsp3
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Hibridação d2sp3
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Resumo dos tipos de hibridação
• Hibridação Geometria Angulo(s) Exemplo
• sp Linear 180° BeH2 (C2H2*)
• sp2 Trigonal plana 120° BH3, (C2H4*)
• sp3 Tetraédrica 109°28' CH4*
• sp3d Bipirâmide trigonal 90° e 120° PCl5
• Sp3d2 Octaédrica 90° SF6
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ESTUDAR É PRECISO. VIVER NÃO É PRECISO!!!
labinfo.cefetrs.edu.br/professores/conte/Organica/Hibridiza%E7ao-final.ppt
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