ACH5521 - Química Geral

Profa Káthia M. Honório(kmhonorio@usp.br)

Aula 4 – Parte 2: Forma e Estrutura das

Moléculas

Forma e Estrutura das Moléculas

Geometria Molecular

Geometria Molecular

Geometria Molecular

VSEPR

Valence Shell Electron Pair Repulsion Theory

Teoria da repulsão dos pares

eletrônicos da camada de

valência

• Fator importante na determinação da geometria molecular:

• repulsão relativa entre pares de elétrons.

Molécula adota a forma queminimiza a

repulsão entre pares de elétrons.

http://www.youtube.com/watc

h?v=SPQbVJaVEtU&feature

=related

Geometria Molecular

Moléculas com átomo central sem pares isolados.

VSPER

Geometria dos Pares de Elétrons

Exemplo

VSPER Moléculas com pares de elétrons isolados no

átomo central.

Exemplo: Amônia (NH3)

1. Estrutura de Lewis

2. Quatro pares de elétrons: vértices de um tetraedro.

H

H

H

lone pair of electronsin tetrahedral position

NH

••

H

H

N

Amônia, NH3

Geometria do par de elétrons: tetraédrica.

H

H

H

lone pair of electronsin tetrahedral position

N

Geometria Molecular (posições dos

átomos) é PIRAMIDAL.

Determinação de Estrutura (VSEPR)

Água, H2O

1. Estrutura de Lewis

Geometria do par de elétrons:

TETRAÉDRICA

2. 4 pares de elétrons: vértice de um tetraedro.

Determinação de Estrutura (VSEPR)

Água, H2O

Geometria do par de elétrons:

TETRAÉDRICA

Geometria molecular:

Angular

Determinação de Estrutura (VSEPR)

Teorias Avançadas de Ligação Química

Orbitais Atômicos Moléculas

• Estruturas de Lewis e modelo VSEPR: elétrons localizados entre 2 átomos ligados. Correto???

• Como devemos considerar a forma em termos da mecância quântica em termos de probabilidade de encontrar elétron em uma região?

• Quais são os orbitais envolvidos nas ligações?

• Teoria de ligação de valência:

• ligações se formam quando os orbitais nos átomos se superpõem.

• Existem dois elétrons de spins contrários na superposição de orbitais.

Ligação Covalente e Superposição de Orbitais

Ligação Covalente e Superposição de Orbitais

Formação de ligação sigma

Ligação sigma a partir da

superposição de orbitais

Superposição de 2 orbitais s

Superposição de

orbitais

Teoria da Ligação de Valência

Formação de ligação : molécula de N2

Orbitais Híbridos (Hibridização)

Orbitais Híbridos (Hibridização)

Orbitais Híbridos

(Hibridização)

N – 1s22s22p3

3 H – 1s1

Se as ligações se formam a partir da

sobreposição de 3 orbitais 2p sobre

o nitrogênio com o orbital 1s em cada

hidrogênio, qual seria a geometria

molecular de NH3? Usando 3

orbitais 2p = 90o

Na verdade, ângulo

de ligação H-N-H =

107,3o

Hibridização sp3

• Combinação de 1 orbital s e 3 orbitais p.

• Sempre que um conjunto de orbitais atômicos tetraédricos equivalentes é requirido por um átomo, o modelo de elétron localizado pressupõe que o átomo adote um conjunto de orbitais sp3; o átomo se torna hibridizado sp3.

• Os 4 orbitais são idênticos em energia.

Hibridização sp3

Formação de orbitais híbridos sp3

Hibridização sp3

Conjunto tetraédrico de 4 orbitais sp3

Hibridização sp2

• Combinação de 1 orbital s e 2 orbitais p.

• Arranjo trigonal planar de orbitais atômicos.

• 1 orbital p não é utilizado.

– Orientado perpendicular ao plano dos orbitais sp2.

Ligação Sigma ()• Par de elétrons é compartilhado em uma área centrada

entre os átomos.

Ligação Pi ()• Forma ligações duplas e triplas compartilhando par de

elétrons no espaço acima e abaixo da ligação σ.

• Usa os orbitais p não-hibridizados.

Hibridização sp2

sp2 - Hibridização de carbono

Hibridização sp2

Orbital 2pz não-hibridizado (cinza):

perpendicular ao plano dos orbitais

híbridos (verde).

Hibridização sp2

Hibridização sp

• Combinação de 1 orbital s e 1 orbital p.

• Arranjo linear de orbitais atômicos.

• 2 orbitais p não são utilizados.

– Necessários para formar ligações π.

Hibridização sp

sp – Hibridização de Carbono

Hibridização spAcetileno, C2H2

Hibridização

Teoria do Orbital Molecular

• Elétrons de valência: deslocalizados.

• Elétrons de valência: novo conjunto de orbitais (ORBITAIS MOLECULARES - OM), distribuídos por toda molécula.

• OM: combinação linear de orbitais atômicos (LCAO – Linear Combination of Atomic Orbitals).

• N orbitais atômicos combinam-se para formar N orbitais moleculares.

Teoria do Orbital Molecular

40

Níveis de energia de orbitais moleculares ligantes e anti-ligantes no hidrogênio (H2)

orbital molecular ligante: menor energia e maior

estabilidade que orbitais atômicos dos quais foram formados.

orbital molecular anti-ligante: maior energia e menor

estabilidade que os orbitais atômicos dos quais foram

formados.

Interferência Construtiva e Destrutiva

Teoria do Orbital Molecular

Combinação de orbitais atômicos 1s do hidrogênio para formar MOs

Teoria do Orbital Molecular

Diagrama de níveis de energia de MO para a molécula de H2

Teoria do Orbital Molecular

Teoria do Orbital Molecular

Exemplo: N2

Cada N: 5e-

Total N2 = 10e-

Teoria do Orbital Molecular

Exemplo: N2

8 e- em orbitais ligantes

2 e- em orbitais anti-ligantes

OL = ½ (8 – 2) = 3

N2 tem 3 efetivamente 3 ligações

Teoria do Orbital Molecular

O2: dois últimos spins estão desemparelhados;

Campos magnéticos não se cancelam;

Molécula paramagnética

Teoria do Orbital Molecular

B2: seis elétrons de valência.

Ordem de ligação =

Molécula Diatômica Heteronuclear

Diagrama de

níveis de

energia MO

para

molécula de

HF.

Molécula Diatômica Heteronuclear

Distribuição de probabilidade eletrônica no orbital molecular de ligação da molécula de HF

Molécula Diatômica Heteronuclear

NO: paramagnética 11 e- de valência (5e- do N

e 6e- do O)

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