O que já sabemos:
Na ligação covalente, os átomos compartilham elétrons entre si, ate atingir a configuração de gás nobre (8 elétrons em CV);
O composto resultante tem características de compostos moleculares (covalentes);
De acordo com a eletronegatividade dos átomos envolvidos, a molécula resultante pode ser polar, ou apolar;
As espécies envolvidas podem compartilhar um, dois ou até três pares de elétrons, formando ligações múltiplas (simples, dupla e tripla);
Uma estrutura de Lewis é arranjada o mais simetricamente possível e com o átomo central sendo aquele com menor afinidade eletrônica;
Quando houve entre átomos iguais, ligações duplas e triplas, forma-se estruturas de ressonância (Verifique estes conceitos!!!);
A regra do octeto apresenta exceções (moléculas que possuem mais ou menos que 8 elétrons na camada de valência;
A ligação química apresenta os seguintes parâmetros que a definem: ordem de ligação, energia de ligação e comprimento de ligação.
• As estruturas de Lewis fornecem a conectividade atômica:
elas nos mostram o número e os tipos de ligações entre
os átomos.
• A forma espacial de uma molécula é determinada por
seus ângulos de ligação.
• Considere o CCl
4: experimentalmente, verificamos que
todos os ângulos de ligação Cl-C-Cl são de 109,5.
• Conseqüentemente, a molécula não pode ser plana.
• Todos os átomos de Cl estão localizados nos vértices
de um tetraedro com o C no seu centro.
É o arranjo tridimensional dos átomos numa molécula, que é determinado pela orientação relativa das suas ligações covalentes. Esta estrutura é mantida quer a substância seja sólida, líquida ou gasosa.
É um parâmetro fundamental para a previsão da polaridade da molécula;
Permite inferir sobre o tipo e intensidade das interações intermoleculares e como tal prever as propriedades físicas: (temp. de fusão, de ebulição, a densidade) e propriedades químicas dos compostos.
Experimentalmente é determinada pela técnica de difração de
raios-X. Esta técnica fornece-nos os comprimentos e os ângulos das ligações.
O efeito dos elétrons não-ligantes e ligações
múltiplas nos ângulos de ligação
Um método simples que nos permite prever razoavelmente a geometria de uma molécula baseia-se na hipótese de que os pares eletrônicos da camada de valência (contém os elétrons envolvidos na formação de ligações químicas) de um átomo se repelem mutuamente. Assim numa molécula poliatômica com duas ou mais ligações entre o átomo central e os átomos que o rodeiam, a repulsão entre os elétrons de diferentes pares ligantes faz com estes tendam a afastar-se o mais possível uns dos outros. A geometria que a molécula acaba por adotar (definida pelas posições de todos os átomos) é aquela que minimiza esta repulsão – é o Modelo de Repulsão dos Pares Eletrônicos da Camada de Valência.
Método para previsão da geometrias moleculares
Método para previsão da geometrias moleculares
(Ex: NO
(Ex: NO
22)
)
1.Contar o número total de elétrons de valência; no exemplo são 5+2x6+1=18.
2.Definir o átomo central, que é usualmente o menos eletronegativo; no exemplo é o nitrogênio.
3.Determinar o número total de elétrons dos átomos periféricos, considerando que têm a sua camada de valência completamente preenchida; no exemplo é 2x8 = 16.
4.Calcula-se o número de elétrons não partilhados pertencentes ao átomo central, que corresponde à diferença entre o número total de elétrons de valência presentes na molécula (1) e o número de elétrons dos átomos periféricos (3); no exemplo 18-16 = 2, isto é tem 1 par electrônico não ligante, ou um domínio não ligante.
5.Usa-se o Modelo de Repulsão dos Pares Eletrônicos da Camada de Valência; no exemplo a molécula tem geometria angular (ver quadros).
Quando o átomo central fizer duas ligações, a estrutura resultante da
molécula será linear, com ângulo de 180°;
No caso de uma molécula, onde o átomo central apresenta 3 pares de
elétrons, a estrutura será trigonal plana, com ângulos de 120°;
Moléculas cujo átomo central tiver 4 pares de elétrons assumirá a
estrutura tetraédrica, com ângulos de 109,5°;
Moléculas com 5 pares de elétrons em torno do átomo central, terá
estrutura bipirâmide trigonal, onde os átomos localizados ao longo do
eixo z (posição axial), apresentam um ângulo de 90° com o plano
equatorial, enquanto os pares de elétrons contidos no plano
apresentam ângulo de 120° entre si;
No caso de moléculas com 6 pares de elétrons em torno do átomo
central, a estrutura será octaédrica.
Teoria de repulsão de pares eletrônicos de camada
de valência (VSEPR – Valence Shell electron-pair
repulsion)
Os pares de elétrons da molécula repelem-se mutuamente
e portanto, buscam uma configuração onde estariam mais
afastados possível. Átomos isolados da molécula também
ocupam espaço e, portanto também se repelem.
Para se determinar a forma de uma molécula, fazemos a
distinção entre pares de elétrons solitários (ou pares
não-ligantes, aqueles fora de uma ligação) e pares
ligantes (aqueles encontrados entre dois átomos).
Definimos o arranjo eletrônico pelas posições no espaço
3D de TODOS os pares de elétrons (ligantes ou não
ligantes).
Os elétrons assumem um arranjo no espaço para
minimizar a repulsão e--e-, mantendo os pares de elétrons
o mais distantes possível.
A presença de pares isolados, portanto provoca uma
pequena distorção na molécula. Esta distorção ocorre
porque, por estes pares ocuparem mais espaço na
molécula, estes acabam “empurrando” os pares ligados.
Nesta distribuição de pares eletrônicos, devemos seguir
uma determinada ordem de separação dos pares de e-:
(↑ repulsão) Par isolado – par isolado > par isolado – par
ligante > par ligante – par ligante (↓ repulsão)
Ao considerarmos a geometria ao redor do átomo central,
consideramos todos os elétrons (pares solitários e pares
ligantes). Esta é a Geometria dos Pares de Elétrons.
Quando focalizamos somente na posição dos átomos, sem
considerar os pares de elétrons que estao em volta do
átomo central, damos o nome de Geometria Molecular.
Podemos portanto, descrever três tipos de estruturas.
1)Aquelas formadas por um átomo central cercado apenas
por pares eletrônicos ligados por ligações simples;
2)Átomo central cercado por pares ligados e pares de
elétrons isolados;
3)Moléculas onde o átomo central apresenta ligações
múltiplas.
Para determinar o arranjo:
Desenhe a estrutura de Lewis,
Conte o número total de pares de elétrons ao redor do átomo
central,
Ordene os pares de elétrons em uma das geometrias descritas
para minimizar a repulsão e--e- e conte as ligações múltiplas
como um par de ligação.
1) Aquelas formadas por um átomo central cercado apenas
por pares eletrônicos ligados por ligações simples.
Exercício
: Desenhe a estrutura de: SiCl
4, CH
2Cl
22) Átomo central cercado por pares ligados e pares de
elétrons isolados.
Exercício
: Desenhe a estrutura:
H
2SO
4, CO
2, CO
32-.
3) Moléculas onde o átomo central apresenta ligações
múltiplas. Exercício: Desenhe a estrutura de: ICl
2-, ICl
4-
,
O efeito dos elétrons não-ligantes e ligações múltiplas nos
ângulos de ligação
No nosso modelo experimental, o ângulo de ligação H-X-H
diminui ao passarmos do C para o N e para o O:
Como os elétrons em uma ligação são atraídos por dois núcleos,
eles não se repelem tanto quanto os pares solitários.
Conseqüentemente, os ângulos de ligação diminuem quando o
número de pares de elétrons não-ligantes aumenta.
104.5
O107
ON
H
H
H
C
H
H
H
H
109.5
OO
H
H
O efeito dos elétrons não-ligantes e ligações múltiplas nos
ângulos de ligação
No nosso modelo experimental, o ângulo de ligação H-X-H
diminui ao passarmos do C para o N e para o O:
Como os elétrons em uma ligação são atraídos por dois núcleos,
eles não se repelem tanto quanto os pares solitários.
Conseqüentemente, os ângulos de ligação diminuem quando o
número de pares de elétrons não-ligantes aumenta.
104.5
O107
ON
H
H
H
C
H
H
H
H
109.5
OO
H
H
Moléculas com níveis de valência
expandidos
Os átomos que têm expansão de octeto têm arranjos AB
5(de
bipirâmide trigonal) ou AB
6(octaédricos).
Para as estruturas de bipirâmides trigonais existe um plano
contendo três pares de elétrons. O quarto e o quinto pares de
elétrons estão localizados acima e abaixo desse plano.
Para as estruturas octaédricas, existe um plano contendo
quatro pares de elétrons. Da mesma forma, o quinto e o sexto
pares de elétrons estão localizados acima e abaixo desse plano.
Nº de pares no átomo central Geometria pares de elétrons Nº de pares isolados Geometria
molecular Ângulo Exemplo
2 Linear 0 linear 180 BeCl2
3 Trigonal plana 0 1 Trigonal plana angular 120 BF3 4 3 2 Tetraédrica 0 1 2 Tetraédrica Piram. trigonal angular 109 28’ 107 48’ 104 27’ 102 30’ 102 CH4 NH3 H2O NF3 H2F 5 4 3 2 Bipiramide trigonal 0 1 2 3 BPT Gangorra Forma de T linear 120 e 90 101º 36’, 86º 33’ 87 40’ 108 PCl5 SF4 ClF3 I3 -6 5 4 Octaédrica 0 1 2 Octaédrica Pirâmide base Quadrada Quadrado plano 90 84 30’ 90 SF6 BrF5 XeF4
