MOLÉCULAS NA TROPOSFERA. Espécies Maioritárias e Espécies Vestigiais

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1 MOLÉCULAS NA TROPOSFERA Espécies Maioritárias e Espécies Vestigiais

2 Dulce Campos 2 Estudo da molécula de oxigénio A atmosfera é constituída maioritariamente por moléculas. Os átomos ligam-se, formando as moléculas, porque tal como todos os sistemas físicos, tendem a encontrar o estado mais estável que corresponde à menor energia possível. Os átomos, tal como a Natureza, regem-se pelo Princípio da Energia Mínima. Mas como é que eles atingem o estado de menor energia possível?

3 Energia de ligação Dulce Campos 3 Estudo da molécula de oxigénio Distância internuclear de equilíbrio comprimento da ligação A interacção entre eles é nula, ou seja, a energia potencial do sistema constituído por estes dois átomos é zero forças atractivas fazem baixar a energia de interacção ou energia potencial eléctrica do sistema dos dois átomos; forças repulsivas fazem aumentar a energia potencial eléctrica do sistema Energia libertada quando se forma uma mole de moléculas Estado de menor energia possível para o sistema que atinge o máximo de estabilidade forma-se a molécula

4 Dulce Campos 4 Estudo da molécula de oxigénio O que se passou com os electrões dos dois átomos de oxigénio? TLV Teoria Ligação de Valência TOM Teoria Orbitais Moleculares Ambas se basearam em fundamentos da Mecânica Quântica

5 Dulce Campos 5 Estudo da molécula de oxigénio TLV os electrões de valência da molécula são todos os electrões de valência dos átomos que a formaram só os electrões de valência contribuem, em maior ou menor grau, para a formação da molécula; quando dois átomos se aproximam, as nuvens electrónicas correspondentes a duas órbitas atómicas semipreenchidas começam a sobrepor-se, passando a existir uma nuvem electrónica comum.

6 Dulce Campos 6 Estudo da molécula de oxigénio TLV Os electrões ficam atraídos simultaneamente pelos dois núcleos, isto é, são partilhados pelos dois átomos; para que as repulsões entre os electrões partilhados diminuam, estes passam a ter spins opostos; numa ligação covalente os electrões da ligação ocupam, na maior parte do tempo, na região do espaço entre os núcleos

7 Dulce Campos 7 Estudo da molécula de oxigénio Como sabemos quantos electrões vão efectivamente unir os átomos? A ligação é feita através dos electrões desemparelhados dos dois átomos de oxigénio: Os quatro electrões desemparelhados formam dois pares electrónicos e são partilhados pelos dois núcleos, ocupando preferencialmente a região internuclear: estabelecem uma ligação covalente entre os dois átomos. Como há dois pares electrónicos partilhados, a ligação chama-se covalente dupla.

8 Dulce Campos 8 Estudo da molécula de oxigénio Ligação covalente significa partilha de electrões. Ligação covalente dupla significa dois pares electrónicos partilhados, ou seja, dois pares ligantes Aos pares de electrões isolados, que não contribuem para a ligação chamam-se pares nãoligantes

9 Dulce Campos 9 Estudo da molécula de oxigénio Como podemos representar a ligação? Notação de Lewis Oito electrões de valência não-ligantes na molécula Ligação covalente dupla: quatro electrões partilhados

10 Dulce Campos 10 Estudo da molécula de oxigénio Na molécula temos: Doze electrões de valência (seis de cada átomo); Quatro destes electrões vão ser partilhados, estabelecendo efectivamente a ligação; Os oito electrões que sobram formam quatro pares de electrões não-ligantes.

11 Dulce Campos 11 Moléculas de Hidrogénio e Azoto Tal como a molécula de oxigénio estas também são moléculas diatómicas homonucleares. TAREFA 1. Explique o que entende por molécula diatómica homonuclear. 2. Explique a formação das moléculas de acordo com a TLV. TEMPO : 10 MINUTOS

12 Dulce Campos 12 Moléculas de Hidrogénio e Azoto H 2 OU Ligação covalente Simples: um par de electrões partilhado, um par ligante N 2 Dois pares de electrões não-ligantes OU Ligação covalente tripla: três pares de electrões partilhados, três pares ligantes

13 Dulce Campos 13 Parâmetros de Ligação Energia e Comprimento da Ligação Covalente 1. Que relação existe entre o número de electrões partilhados e o valor da energia da ligação? 2. Que relação existe entre o nº de electrões partilhados e o comprimento da ligação? 3. Que relação existe entre o tipo de ligação, a força da ligação e o seu comprimento? 4. Qual das moléculas será menos reactiva? justifique

14 Dulce Campos 14 Parâmetros de Ligação Maior número de electrões partilhados ligação mais forte maior energia de ligação maior estabilidade da molécula Maior estabilidade menor reactividade química A molécula de hidrogénio tem uma energia de ligação comparativamente maior do que a de flúor, apesar de ambas terem uma ligação covalente simples Deve-se à singularidade do átomo de hidrogénio, muito pequeno e só com um electrão.

15 Dulce Campos 15 Parâmetros de Ligação Das três moléculas, a que tiver menos electrões partilhados deverá ter maior comprimento de ligação, o que se verifica. Maior nº de electrões partilhados implica maior energia de ligação o que implica menor comprimento de ligação. Menos reactiva é a molécula de Azoto, o que explica o que se passa na atmosfera. Estas não se dissociam apenas se ionizam nas camadas mais altas da atmosfera com radiações UV bem mais energéticas

16 Dulce Campos 16 Gases Raros Porque não formam moléculas? não há electrões disponíveis para serem simultaneamente partilhados por dois núcleos Os outros gases raros têm estrutura electrónica semelhante à do néon, no que diz respeito ao nível electrónico de valência. Também nenhum deles forma moléculas com outros átomos.

17 Dulce Campos 17 MOLÉCULAS NA TROPOSFERA Ligações químicas em moléculas poliatómicas: H 2 O; NH 3 ; CH 4 e CO 2

18 Dulce Campos 18 As moléculas de água H 2 O Notação de Lewis Dois pares de electrões de valência que não participam na ligação (não-ligantes) Duas ligações covalentes simples o átomo de oxigénio, após a formação da molécula, fica rodeado de oito electrões: um octeto electrónico.

19 Dulce Campos 19 As moléculas de amoníaco NH 3

20 Dulce Campos 20 As moléculas de metano CH 4 De acordo com esta configuração o Carbono só poderia ligar-se a dois átomos de Hidrogénio. Então, COMO FAZ QUATRO LIGAÇÕES e todas iguais? 1. Supõe-se um rearranjo das orbitais atómicas 2s e 2p de tal modo que os electrões de valência do átomo de carbono se distribuem igualmente por essas quatro orbitais. 2. Essas orbitais chamam-se orbitais atómicas híbridas sp 3. Neste caso chamam-se orbitais híbridas sp 3 porque resultaram da combinação de uma orbital atómica s e três orbitais atómicas p.

21 Dulce Campos 21 As moléculas de metano CH 4 A configuração electrónica do carbono será então 1s 2 2sp 3 1 2sp 3 1 2sp 3 1 2sp 3 1 Em notação de Lewis, a estrutura do átomo de carbono passa a ser: 1s 2 2sp 3 1 2sp 3 1 2sp 3 1 2sp 3 1

22 Dulce Campos 22 As moléculas de metano CH 4 De novo, temos um octeto de electrões em volta do átomo central, o átomo de carbono.

23 Dulce Campos 23 As moléculas de dióxido carbono CO 2

24 Dulce Campos 24 As moléculas de dióxido carbono CO 2 Em notação de Lewis:

25 Dulce Campos 25 MOLÉCULAS NA TROPOSFERA Geometria Espacial de alguma Moléculas

26 Dulce Campos 26 Ângulo de ligação Os átomos, nas moléculas, não estão em repouso: movem-se em torno de posições de equilíbrio devido aos diferentes modos de vibração dos átomos nas moléculas. Os parâmetros de ligação referem-se a valores médios. Um deles, o comprimento de ligação, varia de instante para instante, em torno de um valor médio, devido a vibrações que fazem variar a distância entre os átomos.

27 Dulce Campos 27 Ângulo de ligação Vibrações de distensão Vibrações de flexão o comprimento de ligação, varia de instante para instante Um outro parâmetro de ligação que muda de instante para instante, em torno de um valor médio, é o ângulo de ligação. Chama-se ângulo de ligação ao ângulo de equilíbrio (valor médio) formado pelas direcções entre as ligações covalentes de um determinado átomo com outros dois átomos a ele ligados.

28 Dulce Campos 28 Geometria do metano A geometria ou forma espacial de uma molécula é que torna mínima a sua energia, minimizando as repulsões eléctricas existentes. As repulsões mais significativas verificam-se entre os pares electrónicos da camada de valência, sejam eles partilhados ou não, existentes em torno do átomo central. Admite-se que a repulsão entre pares electrónicos nãoligantes seja superior à repulsão entre um par electrónico ligante e um não-ligante, e que esta, por sua vez, seja superior à repulsão entre dois pares electrónicos ligante.

29 Dulce Campos 29 Geometria do metano A forma espacial, na molécula de metano, que minimiza essas repulsões é tai que os pares electrónicos em cada uma das ligações C-H apontam para os vértices de um tetraedro. 109,5º A forma da molécula de metano é um tetraedro, em que o átomo de carbono ocupa o centro e os átomos de hidrogénio os vértices. GEOMETRIA TETRAEDRICA

30 Dulce Campos 30 Geometria do amoníaco Estes quatro pares electrónicos também se dispõem segundo os vértices de um tetraedro. 107º A disposição espacial dos átomos assume a forma de uma pirâmide trigonal. GEOMETRIA PIRAMIDAL TRIGONAL

31 Dulce Campos 31 Geometria da água 104,5º Existem quatro pares electrónicos em volta do átomo central, o de oxigénio, sendo dois pares electrónicos ligantes e outros dois nãoligantes, apontados segundo os vértices de um tetraedro. Como resultado, os átomos da molécula de água dispõem-se numa GEOMETRIA ANGULAR.

32 Dulce Campos 32 Geometria do dióxido de carbono A geometria que torna mínimas as repulsões dos pares electrónicos em forma de átomo central é a GEOMETRIA LINEAR

33 Dulce Campos 33 Trihidreto de boro Três pares electrónicos em volta do átomo central, não seguem a regra do octeto O ângulo de ligação será de 120", o que corresponde a uma geometria espacial triangular plana

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