Moléculas poliatómicas: CH TEV · 2H 4, etileno TEV Cada C usa as orbitais sp 2 para fazer três...

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TEV Moléculas poliatómicas: CH 4 H C H H H 109.47º = H C H H H C H H H H C θ θ θ θ θ = 109º 28´ Molécula tetraédrica (4 ligações equivalentes!) OA’s não dão! (ângulos de 90º)

Transcript of Moléculas poliatómicas: CH TEV · 2H 4, etileno TEV Cada C usa as orbitais sp 2 para fazer três...

  • TEVMoléculas poliatómicas: CH4

    HC

    H

    H H

    109.47º

    =

    H

    C

    H

    H

    H

    C

    H

    H

    H

    H

    θ

    θ

    θ

    θ = 109º 28´

    Molécula tetraédrica(4 ligações equivalentes!) OA’s não dão!

    (ângulos de 90º)

  • TEVHibridaçãoCombinações lineares de OA’s

    (mesmo n, R(r) semelhante)

    simplificadaou, na representação

    s+p

    s-p

    s p

    sp

    sp

    sp sp sp sp

    p.e.: uma orbital s e uma orbital p

    ( )pssp Ψ+Ψ=Ψ′ 21 ( )pssp Ψ−Ψ=Ψ′ 2

    1

    2 orbitais spparte-se de N OA’s → chegam-se

    a N orbitais híbridass ± p

    redistribuição danúvem electrónica

  • TEVHibridação Se forem duas orbitais p:

    +

    - +

    +−

    p ± p

    direcção espacial danúvem electrónica

    É como somar vectores…

  • Hibridaçõessp

    Geometria linear

    ( )xps

    Ψ+Ψ2

    1

    2 orbitais!

    ( )xps

    Ψ−Ψ2

    1

  • Hibridaçõessp2

    Geometria triangular plana

    y

    x

    ( )xps

    Ψ+Ψ 23

    1

    ⎟⎟⎠

    ⎞⎜⎜⎝

    ⎛Ψ+Ψ−Ψ

    yx pps 23

    21

    31

    …não tem pz…

    3 orbitais!

    ⎟⎟⎠

    ⎞⎜⎜⎝

    ⎛Ψ−Ψ−Ψ

    yx pps 23

    21

    31

  • Hibridaçõessp3

    Geometria tetraédrica

    x

    y

    z( )zyx ppps

    Ψ+Ψ+Ψ+Ψ21

    ( )zyx ppps

    Ψ−Ψ−Ψ+Ψ21

    ( )zyx ppps

    Ψ−Ψ+Ψ−Ψ21

    ( )zyx ppps

    Ψ+Ψ−Ψ−Ψ21

    4 orbitais!

  • Hibridaçõesdsp2

    Geometria quadrangular plana

    y

    x

    ⎟⎠⎞⎜

    ⎝⎛ Ψ+Ψ+Ψ

    − xyxpds 22

    122

    ⎟⎠⎞⎜

    ⎝⎛ Ψ−Ψ+Ψ

    − xyxpds 22

    122

    ⎟⎠⎞⎜

    ⎝⎛ Ψ+Ψ−Ψ

    − yyxpds 22

    122

    ⎟⎠⎞⎜

    ⎝⎛ Ψ−Ψ−Ψ

    − yyxpds 22

    122

    …sem pz e com dx2-y2…

    4 orbitais!

  • Hibridaçõesdsp3

    Geometria bipirâmide trigonal

    5 orbitais!

    x

    y

    z

    ( )xps

    Ψ+Ψ 23

    1

    ⎟⎟⎠

    ⎞⎜⎜⎝

    ⎛Ψ+Ψ−Ψ

    yx pps 23

    21

    31

    ⎟⎟⎠

    ⎞⎜⎜⎝

    ⎛Ψ−Ψ−Ψ

    yx pps 23

    21

    31

    ( )22

    1zz

    dp Ψ+Ψ

    ( )22

    1zz

    dp Ψ−Ψ

    a s, as três p e mais uma d

  • Hibridaçõesd2sp3

    Geometria octaédrica

    6 orbitais!

    z

    y

    x

    ( )zpds z

    Ψ+Ψ+Ψ 326

    12

    ⎟⎟⎠

    ⎞⎜⎜⎝

    ⎛Ψ+Ψ+Ψ−Ψ − xpyxdds z 32

    321

    61

    222

    ⎟⎟⎠

    ⎞⎜⎜⎝

    ⎛Ψ+Ψ−Ψ−Ψ − ypyxdds z 32

    321

    61

    222

    ⎟⎟⎠

    ⎞⎜⎜⎝

    ⎛Ψ−Ψ+Ψ−Ψ − xpyxdds z 32

    321

    61

    222

    ⎟⎟⎠

    ⎞⎜⎜⎝

    ⎛Ψ−Ψ−Ψ−Ψ − ypyxdds z 32

    321

    61

    222

    ( )zpds z

    Ψ−Ψ+Ψ 326

    12

    a s, as três p e mais duas d

  • Hibridações

    O que determina a hibridação de um “átomo central” (A)?

    Número de direcções independentes no espaço(em torno de A) em que existem pares de e-’s.

    Partilhados ou não!

    Será precisa uma orbital híbrida para cada direcção(i.e., para cada par de e-’s)

    Parte-se de igual número de OA’s

  • TEVCH4

    HC

    H

    H H Nº de direcções em torno de C = Nº de orbitais híbridas =

    Nº de orbitais atómicas de partida =

    Quais ?Todas as de valência (só tem 4):a 2s e as três 2p (2px, 2py e 2pz)

    44

    4

    C 2s2 2px1 2py1 2pz0conf. electrónica do átomo isolado

    C (sp3)1(sp3)1(sp3)1(sp3)1conf. electrónica do átomo na molécula (valência)

    Combina-se uma orbital s com três orbitais p:obtêm-se quatro orbitais sp3.

  • TEVCH4

    H 1s1

    C (sp3)1(sp3)1(sp3)1(sp3)1Promoção de um e- compensadapela formação de uma ligação

    C 2s2 2px1 2py1 2pz0

    Quatro ligações σ:(sp3)C1 – (1s)H1

    H

    H

    H

    H

    1s

    sp3

  • TEVC2H4, etilenoC C

    H

    H

    H

    H

    3 direcções em torno de cada C

    3 orbitais híbridas

    3 orbitais atómicas de partida

    a s (dá jeito: é esférica) e duas p

    sp2

    C 2s2 2px1 2py1 2pz0

    C (sp2)1(sp2)1(sp2)1pz1

    Não foi usada(perpendicular ao plano das sp2)

    y

    x

    sp2pz

  • C C

    H

    H

    H

    H

    TEVC2H4, etileno

    Cada C usa as orbitais sp2 para fazer três ligações σ:duas ligações (sp2)C1 – (1s)H1e uma ligação (sp2)C1 – (sp2)C1

    C (sp2)1(sp2)1(sp2)1pz1

    C 2s2 2px1 2py1 2pz0Promoção de um e- compensadapela formação de uma ligação

    As orbitais pz dos dois C orientam-se de forma a ficarem paralelas e a formarem uma ligação π:

    (pz)C1 - (pz)C1

    1s

    H

    H H

    H

    C C

    sp2

    z

    x

    pz

    H 1s1 Ligação C=Cdupla: σ + π

    C C

    H

    H

    H

    H

  • Isómeros geométricos

    zz

    CH

    ClH

    ClC C

    H

    Cl Cl

    HC

    trans µ= 0 cis µ = 0

    Rotação impedida:quebra da ligação π

  • TEVC2H2, acetileno

    2 direcções em torno de cada C

    2 orbitais híbridas

    2 orbitais atómicas de partida

    uma s e uma p

    sp

    C 2s2 2px1 2py1 2pz0

    C (sp)1(sp)1py1pz1

    C CH H

    Não foram usadas(perpendiculares às sp)

    sp pzpy

  • x

    z

    HH

    1sC C

    sp

    sp

    pz

    py

    y

    TEVC2H2, acetileno C CH H

    C (sp)1(sp)1py1pz1

    C 2s2 2px1 2py1 2pz0Promoção de um e- compensadapela formação de uma ligação

    H 1s1

    Cada C faz duas ligações σ:(sp)C1 – (1s)H1(sp)C1 – (sp)C1

    e duas ligações π:(py)C1 – (py)C1(pz)C1 – (pz)C1

    Ligação C≡Ctripla: σ + 2π

    C CH H

  • Multiplicidade da ligação C–C

    50

    100

    150

    200

    1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

    Comprimento de Ligação (Å)

    Ene

    rgia

    de

    Lig

    ação

    (kca

    l mol

    -1 )

    1,20194σ, 2πC2H2

    1,34148σ, πC2H4

    1,5483,1σC2H6

    Comprimento da ligação C-C /Å

    Energia de ligação C-C / kcal mol-1

    Tipo de ligaçãoMolécula

    Ligações π mais fracas que ligações σ

    C

    H

    HH

    C

    H

    HH

    C C

    H

    H

    H

    H

    C CH H

  • Direccionalidade das orbitais híbridas

    1,12~80~ pRadical CH1,0998sp3CH4

    1,07~106sp2H2C=CH2

    1,06~121spH-C≡C-H

    Distância Internuclear C-H /Å

    Energia da ligaçãoC-H / kcal mol-1

    HibridaçãoMolécula

    +

    Aumenta com o carácter s das orbitais híbridas

    > direccionalidade > densidade electrónica >> coalescência → ligações + fortes!

    Orbitais sp: 50% de s

  • Electronegatividade de orbital

    % de carácter s

    4,0

    3,0

    2,0

    40 60 80200

    O

    N

    C

    sp3 sp2 spEle

    ctro

    nega

    tivid

    ade Aumenta com % carácter s das orbitais híbridas

    Ex.: “Acidez” de alcinos terminais:

    C CR H + NaNH2 C CR Na + NH3

    (pKa(C2H2) = 25)

  • H2O

    O 2s2 2px2 2py1 2pz1H 1s1

    TRPECV:4 pares de e-’s em volta do O

    (2×1 + 6)/2

    Geometriatetraédrica

    (pares de e-’s)

    4 direcções compares de e-’s

    sp3

    O (sp3)2(sp3)2(sp3)1(sp3)1

    Duas ligações σ:(sp3)O1 – (1s)H1

    Dois pares de e-’snão partilhados:

    (sp3)O2

    H

    H

    pares não partilhados

  • H2O

    H

    H

    pares não partilhadosµ

    Molécula polar

  • NH3

    N 2s2 2px1 2py1 2pz1H 1s1

    TRPECV:4 pares de e-’s em volta do N

    (3×1 + 5)/2

    Geometriatetraédrica

    (pares de e-’s)

    4 direcções compares de e-’s

    sp3

    N (sp3)2(sp3)1(sp3)1(sp3)1

    Três ligações σ:(sp3)N1 – (1s)H1

    Um par de e-’snão partilhados:

    (sp3)N2

    sp31s

    H

    H

    H

    par não-partilhado

  • NH3

    Molécula polar

    sp31s

    H

    H

    H

    par não-partilhado

    θ = 107º

    H

    H

    N

    µ resultante

    µ par não partilhado

    H

  • HC

    H

    H H

    109.47ºH

    NH

    H

    107ºH

    OH

    104.5ºsp3 “pura”:

    75% p e 25% s

    PP

    SS 1

    1cos −=

    −=θ

    77% p e 23% s

    70% p e 30% s

    80% p e 20% s

    69% p e 31% s

    S % de sP % de p