Física química

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AULA 09: TEORIA DOS ORBITAIS - HIBRIDIZAÇÃO DO CARBONO

I - TEORIA DOS ORBITAIS.

Na aula anterior verificamos as ligações químicas através da regra do Octeto

desenvolvida por Lewis. Nesta aula apresentaremos o modelo de ligação química apartir

de orbitais moleculares.

De acordo com a teoria dos orbitais moleculares, as ligações químicas

(pareamento eletrônico) só são efetuadas por orbitais atômicos semipreenchidos ou

incompletos, estes se interpenetram originado orbitais moleculares conhecidos como

orbitais moleculares sigma (σ) e orbitais moleculares pi (π)

Os orbitais atômicos de interesse são tipo s (esférico) e tipo p (halteres – orientado

nos eixos ortogonais).

LIGAÇÃO σ : é a ligação formada pela interpenetração frontal de orbitais (segundo um

mesmo eixo). A ligação s é forte e difícil de ser rompida. Pode ser feita com qualquer tipo

de orbital atômico;

Observe a ligação entre orbitais de hidrogênio para constituir uma molécula de H2

Esses orbitais se atraem mutuamente até que se interpenetram formando um orbital tipo

Sigma (s-s).

Analise agora uma interpenetração de orbital s e p formando uma ligação sigma.

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LIGAÇÃO π : é a ligação formada pela aproximação lateral de orbitais (segundo eixos

paralelos). A ligação p é mais fraca e mais fácil de ser rompida; Só ocorre entre orbitais

atômicos do tipo "p".

Observe a figura

Com o exposto pode-se concluir que simples ligações são efetuadas através de orbitais

moleculares tipo σ, as duplas ligações são desenvolvidas por orbital tipo σ e π, já as

triplas ligações são formadas por 1 orbital tipo σ e dois tipo π.

II - HIBRIDAÇÃO

A teoria da hibridização, tenta justificar as ligações químicas à nível de orbitais que

não podem ser justificadas pela Regra do Octeto. As hibridizações estudadas no Ensino

Médio, são do tipo sp3, sp2 e sp, evidenciadas para o carbono, boro e berílio. Como vimos

anteriormente, só constitui ligação química o orbital semipreenchido, sendo assim o

elemento carbono que apresenta apenas dois orbitais semipreenchidos, executaria

apenas duas ligações químicas ao invés de quatro ligações como cotidianamente efetua.

Através da teoria dos híbridos justiçamos essas ligações.





Para o carbono temos:

6C – 1s2 2s2 2p2 configuração no estado fundamental.

A teoria de hibridização, admite que o elétron s2 absorva alguma forma de energia e seja

promovido para o orbital p vazio, caracterizando assim o estado excitado ou ativado.

Através do número de ligações pi efetuadas pelo carbono teremos a fusão de orbitais s e

p para formar os estados híbridos que definem as ligações tipo sigma. Sendo assim

teremos:

Carbono com 2 ligações pi e 2 sigmas (carbono com uma ligação tripla ou duas

duplas)

- C ≡ ou = C =

hibridização tipo sp





Carbono com 1 ligação pi e três ligações sigma. (carbono com uma dupla ligação)

Hibridização sp2

Carbono com quatro ligações tipo sigma. (carbono com apenas simples ligações)

Hibridização sp3





O quadro a seguir trás de maneira resumida as hibridizações de interesse ao Ensino

Médio, assim como o ângulo existente entre os ligantes e a geometria adotada pela

molécula hibridizada.

Família Hibridação Geometria Angulo(s) Exemplo

2A Sp Linear 180° BeH2 (C2H2*)

3A Sp2 Trigonal plana 120° BH3 (C2H4*)

4A Sp3 Tetraédrica 109°28' CH4*

Importante.

Carbono: (CH4*) = 4 ligações simples: sp3; (C2H4*) = 01 dupla e 02 simples: sp2; (C2H2*) =

02 duplas ou 01 tripla e 01 simples: sp)

Obs.: Hibridação da amônia (NH3) e da água (H2O): sp3.

PROPOSIÇÃO DE ATIVIDADES.

01. (UFF) As ligações químicas nos compostos orgânicos podem ser do tipo sigma ou pi.

A ligação σ é formada pela interação de dois orbitais atômicos, segundo o eixo que une

os dois átomos, ao passo que na ligação π, a interação dos orbitais atômicos se faz

segundo o plano que contém o eixo da ligação.





Na estrutura representada acima, tem-se:

a) 2 ligações σ e 6 ligações π

b) 2 ligações σ e 8 ligações π

c) 4 ligações σ e 4 ligações π

d) 6 ligações σ e 2 ligações π

e) 8 ligações σ e 2 ligações π

Resultado: letra E

02. (UFRN) Na molécula de propeno (CH2 = CH – CH3), qualquer um dos carbonos com

hibridização sp2 apresenta:

a) 1 ligação sigma e 3 ligações pi

b) 4 ligações sigma e 2 pi

c) 2 ligações sigma e 2 pi

d) 3 ligações sigma e 1 ligação pi

Resposta: letra D

03. (Puc-rio) Tal como o CO2, o CH4 também causa o efeito estufa, absorvendo parte da

radiação infravermelha que seria refletida da Terra para o espaço. Esta absorção deve-se

à estrutura das suas moléculas que, no caso destes dois compostos, apresentam,

respectivamente, ligações:





Números atômicos: H = 1; C = 6; O = 8

a) π e σ s.

b) π e σ s-sp3.

c) π e σs-p.

d) σs e π.

e) σs-sp3 e π.

Resultado: letra B

04. (Puc-PR) A acetona (H3C-CO-CH3), um importante solvente orgânico, apresenta nos

seus carbonos, respectivamente, os seguintes tipos de hibridação:

a) sp, sp2 e sp3

b) sp3, sp3 e sp3

c) sp2, sp e sp3

d) sp3, sp2 e sp3

e) sp3, sp2 e sp2

Resultado: letra D

05. (UERJ) O gosto amargo da cerveja é devido à seguinte substância de fórmula

estrutural plana:





Essa substância, denominada mirceno, provém das folhas de lúpulo adicionadas durante

a fabricação da bebida.

O número de ligações pi presentes na estrutura do mirceno é igual a:

a) 3

b) 5

c) 8

d) 15

Resultado: letra A

06. (Mackenzie-SP) O BeH2 é uma molécula que apresenta:

Dados os números atômicos: Be=4 e H=1

a) geométrica molecular linear.

b) ângulo de ligação igual a 120°.

c) o átomo de berílio com hidridação sp2.

d) uma ligação covalente sigma s-s e uma ligação pi.

e) duas ligações covalentes sigma s-p.

Resultado: letra A

07. (UERJ) Na composição de corretores do tipo "Liquid Paper", além de hidrocarbonetos

e dióxido de titânio, encontra-se a substância isocianato de alila, cuja fórmula estrutural





plana é representada por CH2 = CH – CH2 - N = C = O. Com relação a esta molécula, é

correto afirmar que o número de carbonos com hibridação sp2 é igual a:

a) 1

b) 2

c) 3

d) 4

Resultado: letra B

08. (UFSC – adaptada) Assinale as proposições CORRETAS. Em relação à figura a

seguir (HC ≡ CH), podemos afirmar que:

01. entre os átomos de carbono existem uma ligação σ do tipo sp2-sp2 e uma ligação π do

tipo p-p.

02. entre os átomos de carbono existem uma ligação σ do tipo sp-sp e duas ligações π do

tipo p-p.

04. a geometria da molécula é linear.

08. a ligação, entre o carbono e hidrogênio, é σ do tipo sp2 -s.

Soma das corretas ( )

Resultado: 02+04 = 06





09. (Mackenzie-SP) Nos compostos triclorometano (Cl3CH) e trifluoreto de boro (BF3), o

carbono e o boro apresentam, respectivamente, hibridação:

Dados:

Boro (n° atômico=5) e Carbono (n° atômico=6)

Cl (7A) e F (7A)

a) sp2 e sp3.

b) sp3 e sp3.

c) sp3 e sp.

d) sp e sp2.

e) sp3 e sp2.

Resultado: letra E

10. A(s) ligação(ões) carbono-hidrogênio existente(s) na molécula de metano (CH4)

pode(m) ser interpretada(s) como sendo formada(s) pela interpenetração frontal dos

orbitais atômicos "s" do átomo de hidrogênio, com os seguintes orbitais atômicos do

átomo de carbono:

a) Quatro orbitais p.

b) Quatro orbitais sp3.

c) Um orbital híbrido sp3.

d) Um orbital s e três orbitais p.

e) Um orbital p e três orbitais sp2.

Resultado: letra B

11. (Mackenzie-SP) Na ligação entre átomos do elemento químico cloro, que tem número

atômico igual a 17, forma-se uma:

a) molécula triatômica.

b) substância simples iônica.

c) molécula apolar.





d) molécula polar.

e) substância composta gasosa.

Resultado: letra C

12. (UFSC) Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). Os compostos formados a partir

dos elementos oxigênio, cloro, sódio e cálcio devem apresentar fórmulas, ligações

químicas predominantes e estados físicos, em condições ambientes, respectivamente:

01. CaCl2, iônica, sólido.

02. NaCl, iônica, líquido.

04. Cl2, covalente, gás.

08. Na2O, covalente, líquido.

16. O2, iônica, gás.

Resultado: 01 + 04 = 05

13. (Fei-SP) As moléculas do monóxido de carbono (CO) e do dióxido de carbono (CO2)

possuem diferenças nas suas estruturas moleculares. Assinale a alternativa correta:

Dados:

C (Z = 6)

O (Z = 8)

a) CO tem ligações iônicas e CO2 ligações covalentes

b) CO tem duas ligações covalentes simples e CO2 tem duas ligações covalentes simples

e duas dativas.

c) ambas possuem duas ligações covalentes dativas

d) CO possui duas ligações covalentes simples e uma dativa e CO2 possui quatro ligações

covalentes simples

e) CO é linear e CO2 é triangular





Resultado: letra D

14. Dada a fórmula estrutural da metilamina, responda: quais os números de elétrons das

camadas de valência do nitrogênio e do carbono?

H

|

H - N - C - H

| |

H H

Resultado: 5 e 4




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