Geometria de BaseGeometria de BaseNúmero de pares de electrões

Forma Geometria Molecular

Exemplo

2 Linear BeCl2, HgCl2

3 Triangular planar

BCl3

4 Tetraédrica CH4, NH4+

5 Bipiramidal trigonal

PCl5

6 Octaédrica SF6

Formas moleculares com 4 pares de Formas moleculares com 4 pares de electrões em volta do átomo centralelectrões em volta do átomo central

Pares electrões em ligações

Pares electrões não ligantes

Estrutura Geometria

4 0 Tetraédrica; todos os ângulos 109.5º

3 1 Piramidal trigonal (Ex: NH3)

2 2 Ângular (Ex: H2O)

Falha na Falha na teoria da ligação de Lewisteoria da ligação de Lewis:: descreve a ligação química descreve a ligação química

como o emparelhamento de dois electrões não justificando as como o emparelhamento de dois electrões não justificando as

diferenças nos comprimentos de ligação e nas energias de diferenças nos comprimentos de ligação e nas energias de

dissociação; ex: H-H, 74 pm, 436,4 KJ/mol; F-F, 142 pm, 142 KJ/moldissociação; ex: H-H, 74 pm, 436,4 KJ/mol; F-F, 142 pm, 142 KJ/mol

Existem 2 teorias semelhantes, baseadas naExistem 2 teorias semelhantes, baseadas na Mecânica QuânticaMecânica Quântica,,

que servem para descrever a formação de ligações covalentes e a que servem para descrever a formação de ligações covalentes e a

estrutura electrónica das moléculas:estrutura electrónica das moléculas:

Teoria do Enlace da Valência:Teoria do Enlace da Valência: postula que os electrões numa postula que os electrões numa

molécula ocupam orbitais atómicas dos átomos individuais molécula ocupam orbitais atómicas dos átomos individuais

formando-se a ligação quando estas se sobrepõem;formando-se a ligação quando estas se sobrepõem;

Teoria das Orbitais Moleculares:Teoria das Orbitais Moleculares: pressupõe a formação de orbitais pressupõe a formação de orbitais

moleculares a partir das orbitais atómicas.moleculares a partir das orbitais atómicas.

Mecânica quântica e ligação covalente

TEORIA DA LIGAÇÃO de VALÊNCIA—Linus

Pauling

• Electrões de valência estão localizados entre

os átomos (ou são pares isolados).

• Orbitais atómicas semipreenchidas

sobrepõem-se para formar ligações.

Teorias da Ligação (TLV)

O modelo da RPECV baseado nas estruturas de Lewis não permite explicar a formação de ligações químicas!

Não explica porque a ligação F-F é mais fraca que a ligação H-H, apesar da partilha de um par de electrões.

Segundo a TLV a formação da ligação covalenteH-H resulta da sobreposição espacial (ou coalescência) de duas orbitais 1s dos átomos.

Teoria da Ligação de Valência

Teoria do Enlace da ValênciaTeoria do Enlace da Valência

Formação da molécula de hidrogénio: A ligação covalente na

molécula de H2 (H-H) forma-se devido à sobreposição espacial (ou

seja coalescência) de duas orbitais 1s dos átomos de H.

Formação da molécula de flúor (FFormação da molécula de flúor (F22))

F

2p

F

2p

+

F-F

Teoria do Enlace da Valência

+ + +

COALESCÊNCIA

1s

H F

2p

H-F

Formação da molécula de ácido fluorídrico

FORMAÇÃO DE MOLÉCULASFORMAÇÃO DE MOLÉCULASFORMAÇÃO DE CHFORMAÇÃO DE CH44

66 C- 1s C- 1s22 2s 2s2 2 2p2p22

11 H- 1s H- 1s11

As orbitais usadas pelos átomos em As orbitais usadas pelos átomos em moléculas para formar ligações não são moléculas para formar ligações não são necessariamente as mesmas que as necessariamente as mesmas que as orbitais dos átomos livres.orbitais dos átomos livres.

FORMAÇÃO DE MOLÉCULASFORMAÇÃO DE MOLÉCULAS

FORMAÇÃO DE CHFORMAÇÃO DE CH44

66 C- C- 1s1s22 2s 2s2 2 2p2p22 as orbitais de valência as orbitais de valência são :são :

Seria de esperar que o átomo de carbono Seria de esperar que o átomo de carbono formasse apenas duas ligações simples com formasse apenas duas ligações simples com os átomos de hidrogénio. No entanto , a os átomos de hidrogénio. No entanto , a molécula de CHmolécula de CH22 não é estável. não é estável.

FORMAÇÃO DE MOLÉCULASFORMAÇÃO DE MOLÉCULAS

FORMAÇÃO DE CHFORMAÇÃO DE CH44

66 C- C- 1s1s22 2s 2s2 2 2p2p22 as orbitais de as orbitais de valência são :valência são :

Para interpretar estas ligações a teoria do enlace Para interpretar estas ligações a teoria do enlace de valência utiliza o conceito de de valência utiliza o conceito de hibridação. hibridação. A A hibridaçãohibridação é um processo de é um processo de mistura das mistura das orbitais atómicas num átomo orbitais atómicas num átomo (em geral o (em geral o central), de modo a gerar um novo conjunto de central), de modo a gerar um novo conjunto de orbitais – chamadas orbitais – chamadas orbitais híbridasorbitais híbridas..

FORMAÇÃO DE MOLÉCULASFORMAÇÃO DE MOLÉCULAS

FORMAÇÃO DE CHFORMAÇÃO DE CH44

2p

estado fundamental

estado excitado

estado híbrido

2s

sp34 ligações C-H

6 C

Hibridação — coalescência de duas ou mais orbitais atómicas para formar um novo conjunto de orbitais híbridas.

1. Coalescência de, pelo menos, 2 orbitais atómicas não equivalentes (por ex., s e p). As orbitais híbridas têm uma forma diferente das orbitais atómicas originais.

2. Número de orbitais híbridas é igual ao número de orbitais atómicas puras que participam no processo de hibridação.

3. As ligações covalentes são formadas por:

a. Sobreposição de orbitais híbridas com orbitais atómicas;b. Sobreposição de orbitais híbridas com outras orbitais híbridas.

Hibridação de orbitais atómicas: são uma Hibridação de orbitais atómicas: são uma mistura de orbitaismistura de orbitais

(1) Hibridação sp(1) Hibridação sp3 3 no átomo de carbonono átomo de carbono; Ex: CH; Ex: CH4, 4, NHNH33

2s 2p

2s 2p

2sp3

Formam-se orbitais híbridas sp3 (no caso acima no átomo de carbono) a

partir de orbitais s e p para descrever a formação de ligações químicas,

quando o modelo RPECV prever o arranjo tetraédrico dos pares de

electrões.

(2) Hibridação sp no átomo de Be, Ex: BeCl2

2s 2p

2s 2p

sp

Outros exemplos de outros tipos de Outros exemplos de outros tipos de hibridaçãohibridação

(3) Hibridação sp2 no átomo de B; Ex: BF3

2s 2p

2s 2p

sp2 2p orbital vazia

Ligação no CH4

Como justificar 4 ligações C—H sigma com um ângulo de 109º?

Temos de usar 4 orbitais atómicas— s, px, py, e pz —para formar 4 orbitais híbridas.

Hibridação em moléculas com ligações duplas e tripla

C CH

H

H

H Geometria plana

Ex: C2H4 (etileno)

Podemos justificar a geometria e as ligações no etileno se admitirmos que cada

átomo de carbono tem uma hibridação sp2.

Da coalescência lateral das duas orbitais 2pz dos dois átomos de carbono, forma-se a ligação π

C2H4 tem uma ligação dupla C=C em que as duas ligações covalentes são diferentes: uma ligação

sigma (σ ) e a outra é uma ligação pi (π ).

Ligação sigma (σ ): forma-se quando as moléculas coalescem de topo para formar uma ligação

covalente, a nuvem electrónica resultante está concentrada entre os núcleos dos átomos

envolvidos na ligação.

Ligação pi (π ): forma-se quando a ligação é formada por orbitais que coalescem lateralmente, tem

a nuvem electrónica concentrada acima e abaixo do plano dos núcleos dos átomos envolvidos na

ligação.

etileno, C2H4

Hibridação sp2 de um átomo de carbono

EX2:. C2H2; acetileno, tem geometria linear

Podemos explicar a sua geometria e ligações se admitirmos que cada átomo de carbono

tem uma hibridação sp. As 2 orbitais hibridas sp de cada átomo de carbono formam uma

ligação sigma com o outro átomo de carbono. Além disso formam-se duas ligações p por

coalescência lateral das duas orbitais 2py a 2pz não hibridas.

Regra: C=C, a sua hibridação é sp2

, a sua hibridação é spC C

Exercício: Descreve as ligações químicas na molécula de formaldeído; H2CO

Hibridação em moléculas com ligações duplas e tripla

Orbital híbrida

Orientação

sp Linear 180º

sp2 Triangular Plana120º

sp3 Tetraédrica109º

FORMAÇÃO DE MOLÉCULASFORMAÇÃO DE MOLÉCULAS

FORMAÇÃO DE MOLÉCULASFORMAÇÃO DE MOLÉCULAS

Uma ligação simples é uma ligação Uma ligação simples é uma ligação sigma (sigma (σσ ).).

Uma ligação dupla consiste numa Uma ligação dupla consiste numa ligação sigma e numa pi (ligação sigma e numa pi (ππ ).).

Uma ligação tripla consiste numa Uma ligação tripla consiste numa ligação sigma e duas ligações pi ligação sigma e duas ligações pi ((ππ ).).

FORMAÇÃO DE MOLÉCULASFORMAÇÃO DE MOLÉCULAS

Os átomos ligam-se com a finalidade de Os átomos ligam-se com a finalidade de adquirirem maior estabilidade;adquirirem maior estabilidade;

A energia dos electrões na molécula é A energia dos electrões na molécula é inferior à energia dos mesmos electrões inferior à energia dos mesmos electrões nos átomos separados;nos átomos separados;

É devido à presença da nuvem electrónica É devido à presença da nuvem electrónica na zona internuclear que se compreende na zona internuclear que se compreende a ligação entre dois átomos.a ligação entre dois átomos.

Formação de uma ligação sigma