GEOMETRIA MOLECULAR E TEORIAS DE LIGAÇÃO Ministério da Educação Universidade Federal de Itajubá Engenharia de Controle e Automação Química Geral GEOMETRIA MOLECULAR E TEORIAS DE LIGAÇÃO Felipe Oliveira e Silva - 15764 Rafael Pereira Botelho - 15783 Professor: Élcio Itajubá – Minas Gerais 2008

INTRODUÇÃO Geometria molecular e Teorias de ligação OBJETIVOS: Analisar os tipos de geometria molecular Entender a natureza das ligações covalentes RESUMO: •Formas espaciais moleculares •Modelo RPENV •Forma espacial molecular e polaridade molecular •Ligação covalente e superposição de orbitais •Orbitais Híbridos •Ligações múltiplas •Orbitais moleculares Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Formas espaciais moleculares Geometria molecular e Teorias de ligação Formas espaciais moleculares Significado: São determinadas pelos ângulos de ligação entre núcleos e pelo comprimento entre elas Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Formas espaciais moleculares Geometria molecular e Teorias de ligação Formas espaciais moleculares Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

O modelo RPENV Significado: Domínio de elétrons: Definição: Geometria molecular e Teorias de ligação O modelo RPENV Significado: Modelo da repulsão do par de elétrons no nível de valência Domínio de elétrons: Consiste em um par de elétrons não ligantes, uma ligação simples ou uma ligação múltipla Definição: A melhor disposição de determinado número de domínios de elétrons, é a que minimiza as repulsões entre eles Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

O modelo RPENV Geometria molecular: Arranjo molecular: Geometria molecular e Teorias de ligação O modelo RPENV Geometria molecular: É a distribuição dos átomos no espaço Arranjo molecular: É a distribuição dos domínios de elétrons ao redor do átomo central Tipos de arranjos moleculares: Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

O modelo RPENV Geometria molecular e Teorias de ligação Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Geometria molecular e Teorias de ligação Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Geometria molecular e Teorias de ligação O modelo RPENV Procedimentos para determinação da geometria molecular usando o modelo RPENV: 1. Desenhe a estrutura de Lewis da molécula ou íon e conte o número total de domínios de elétrons ao redor do átomo central 2. Determine o arranjo do número total de domínios de tal forma que as repulsões entre eles seja minimizada 3. Use a distribuição dos átomos ligados para determinar a geometria molecular Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Geometria molecular e Teorias de ligação O modelo RPENV Procedimentos para determinação da geometria molecular usando o modelo RPENV: 1. Desenhe a estrutura de Lewis da molécula ou íon e conte o número total de domínios de elétrons ao redor do átomo central 2. Determine o arranjo o número total de domínios de tal forma que as repulsões entre eles seja minimizada 3. Use a distribuição dos átomos ligados para determinar a geometria molecular Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Geometria molecular e Teorias de ligação O modelo RPENV Procedimentos para determinação da geometria molecular usando o modelo RPENV: 1. Desenhe a estrutura de Lewis da molécula ou íon e conte o número total de domínios de elétrons ao redor do átomo central 2. Determine o arranjo o número total de domínios de tal forma que as repulsões entre eles seja minimizada 3. Use a distribuição dos átomos ligados para determinar a geometria molecular Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

O modelo RPENV Exemplo: Geometria molecular e Teorias de ligação Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Geometria molecular e Teorias de ligação O modelo RPENV Efeitos dos elétrons não ligantes e ligações múltiplas nos ângulos de ligação: Os domínios de elétrons para pares não ligantes exercem forças repulsivas maiores nos domínios de elétrons adjacentes, e portanto tendem a comprimir os ângulos de ligação Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Moléculas com níveis de valência expandidos Geometria molecular e Teorias de ligação O modelo RPENV Moléculas com níveis de valência expandidos 5 domínios de elétrons: Arranjo mais estável: Bipiramidal trigonal 6 domínios de elétrons: Arranjo mais estável: Octaedro Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

O modelo RPENV Geometria molecular e Teorias de ligação Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

O modelo RPENV Geometria molecular e Teorias de ligação Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Formas espaciais de moléculas maiores Geometria molecular e Teorias de ligação O modelo RPENV Formas espaciais de moléculas maiores Podemos utilizar o modelo RPENV para determinar suas geometrias, bastando para isso, a análise de cada átomo central individualmente Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Forma espacial molecular e polaridade molecular Geometria molecular e Teorias de ligação Forma espacial molecular e polaridade molecular Polaridade da ligação: Mede quão igualmente os elétrons estão compartilhados entre os dois átomos da ligação Eletronegatividade ≠ Afinidade eletrônica Dipolo: É estabelecido ao se separar duas cargas de sinais contrários e de mesma magnitude µ = Qd Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Forma espacial molecular e polaridade molecular Geometria molecular e Teorias de ligação Forma espacial molecular e polaridade molecular Polaridade molecular: Mede a densidade eletrônica em uma molécula e é dada com base na soma vetorial dos dipolos de ligação Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Forma espacial molecular e polaridade molecular Geometria molecular e Teorias de ligação Forma espacial molecular e polaridade molecular Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Ligação covalente e superposição de orbitais Geometria molecular e Teorias de ligação Ligação covalente e superposição de orbitais Teoria da ligação de valência: Na teoria da ligação de valência, o acúmulo de densidade eletrônica entre dois núcleos pode ser considerado como o que ocorre quando um orbital atômico de valência de um átomo se funde com o do outro átomo. Diz-se então que os orbitais compartilham uma região do espaço, ou superpõem-se. A superposição de orbitais permite que dois elétrons de spins contrários compartilhem um espaço comum entre os núcleos, formando uma ligação covalente Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Ligação covalente e superposição de orbitais Geometria molecular e Teorias de ligação Ligação covalente e superposição de orbitais Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Ligação covalente e superposição de orbitais Geometria molecular e Teorias de ligação Ligação covalente e superposição de orbitais Existe sempre uma distância ideal entre os dois núcleos unidos em uma ligação covalente, sendo esta a distância na qual as forças de atração entre cargas diferentes (elétrons e núcleos) estão balanceadas pelas forças repulsivas entre cargas semelhantes (elétron-elétron e núcleo-núcleo) Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Ligação covalente e superposição de orbitais Geometria molecular e Teorias de ligação Ligação covalente e superposição de orbitais Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Orbitais híbridos Definição: Geometria molecular e Teorias de ligação São formados pela mistura de dois orbitais atômicos e se diferenciam destes Exemplo: BeF2 Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Orbitais híbridos Geometria molecular e Teorias de ligação Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Orbitais híbridos sp² (trigonal plana) sp³ (tetraédrica) Geometria molecular e Teorias de ligação Orbitais híbridos sp² (trigonal plana) sp³ (tetraédrica) Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Orbitais híbridos sp3d (bipiramidal trigonal) sp³ (tetraédrica) Geometria molecular e Teorias de ligação Orbitais híbridos sp3d (bipiramidal trigonal) sp³ (tetraédrica) sp3d2 (octaédrica) Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Ligações múltiplas Ligações sigma (σ): Ligações pi (π): Geometria molecular e Teorias de ligação Ligações múltiplas Ligações sigma (σ): Concentram a densidade eletrônica simetricamente ao redor do eixo que une os núcleos Ligações pi (π): Resultam da superposição entre dois orbitais p posicionados perpendicularmente ao eixo internuclear. São mais fracas que as ligações σ. Ligações Simples: σ Dupla: σ π Tripla: σ π π Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Ligações múltiplas Geometria molecular e Teorias de ligação Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Ligações múltiplas Ligações π deslocalizadas: Geometria molecular e Teorias de ligação Ligações múltiplas Ligações π deslocalizadas: Ocorrem em moléculas com ressonância Exemplo: benzeno Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Ligações múltiplas Geometria molecular e Teorias de ligação Cada Carbono ligante tem um orbital 2p não hibridizado (perpendicular ao eixo). Estes seis orbitais superpõem-se formando um orbital π que fica espalhado, deslocalizado, ou seja, estendido por mais de dois átomos ligados. Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Orbitais moleculares Teoria do orbital molecular: Geometria molecular e Teorias de ligação Orbitais moleculares Teoria do orbital molecular: Nesse modelo os elétrons existem em estados de energia permitidos chamados de orbitais moleculares (OMs). Esses orbitais podem estar espalhados entre todos os átomos de uma molécula. Como um orbital atômico, um orbital molecular tem energia definida e pode acomodar dois elétrons de spin opostos. •OM ligante: é por definição o de menor energia e concentra densidade de carga na região entre os núcleos •OM antiligante: é por definição o de menor energia e exclui os elétrons da região entre os núcleos Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Orbitais moleculares Geometria molecular e Teorias de ligação As seguintes regras resumem a formação de OMs e como eles são ocupados pelos elétrons: •O número de OMs formados é igual ao número de orbitais atômicos combinados •Os orbitais atômicos se combinam mais efetivamente com outros orbitais atômicos de energias similares Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Orbitais moleculares Geometria molecular e Teorias de ligação •A eficiência com a qual dois orbitais atômicos se combinam é proporcional à superposição entre eles, isto é, à medida que a superposição aumenta, o OM ligante diminui em energia e o OM antiligante aumenta •Cada OM pode acomodar, no máximo, dois elétrons, com seus spins emparelhados (princípio da exclusão de Pauli) •Quando os OMs de mesma região são ocupados, um elétron entra em cada orbital (com o mesmo spin) antes de ocorrer o emparelhamento (regra de Hund) Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Orbitais moleculares Geometria molecular e Teorias de ligação Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Orbitais moleculares Diagrama de níveis de energia: Geometria molecular e Teorias de ligação Orbitais moleculares Diagrama de níveis de energia: Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Orbitais moleculares Distribuição eletrônica: Geometria molecular e Teorias de ligação Orbitais moleculares Distribuição eletrônica: Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Orbitais moleculares Ordem de ligação: Geometria molecular e Teorias de ligação Orbitais moleculares Ordem de ligação: A ordem de ligação é a metade da diferença entre o número de elétrons ligantes e o número de elétrons antiligantes. Uma ordem de ligação igual a 0 representa uma ligação inexistente; igual a 1, ligação simples; igual a dois, ligação dupla; igual a três ligação tripla. Ordens de ligação podem ser números fracionários Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Orbitais moleculares Propriedades relacionadas: Geometria molecular e Teorias de ligação Orbitais moleculares Propriedades relacionadas: •Influência magnética: Substâncias paramagnéticas: sofrem atração, devida aos seus elétrons desemparelhados Substâncias diamagnéticos: sofrem repulsão, devido à inexistência de elétrons desemparelhados •Distâncias de ligação •Entalpias de ligação Tópico: 1 2 3 4 5 6 7 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho

Referências bibliográficas Geometria molecular e Teorias de ligação Referências bibliográficas BROWN, Theodore L.; LEMAY, H. Eugene; BURSTEN, Bruce E.; BURDGE, Julia R.. Geometria e teorias de ligação. In: Química: A Ciência Central. 9ª Edição. São Paulo: Pearson Prentice Hall, cap.9, p.289- 334 Felipe Oliveira e Silva / Rafael Pereira Botelho