Química A MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA DO AMBIENTE. 1º Semestre /2014. Doutor João Paulo Noronha.

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Amélia Osório Pinho
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1 MESTRADO INTEGRADO EM ENGENARIA DO AMBIENTE 1º Semestre /2014 Doutor João Paulo Noronha jpnoronha@fct.unl.pt (I a III) UNIVERSIDADE NOVA DE LISBOA Faculdade de Ciências e Tecnologia

2 Eletronegatividade insert Table 1.5 page 7 2

3 3. A Maioria das Ligações estão Entre Covalentes e Iónicas: Covalente < < Covalente Polar Iónica Teoria estrutural: 1. Valência (nº fixo de lig.), C tetravalente 4, O 2, e X 1 2. C. usa 1 ou +valências => C-C, C=C, CΞC 3

Ligação Covalente Polar É uma ligação covalente polar: o átomo mais eletronegativo possui carga parcial negativa, indicado pelo simbolo δ- O átomo menos eletronegativo possui carga parcial

4 Ligação Covalente Polar É uma ligação covalente polar: o átomo mais eletronegativo possui carga parcial negativa, indicado pelo simbolo δ- O átomo menos eletronegativo possui carga parcial positiva, indicado pelo simbolo δ+ Num modelo de densidade eletrónica: vermelho indica uma região de elevada densidade eletrónica. Azul indica uma região de baixa densidade eletrónica. 4 4

5 Ligações Polares 5

6 A Forma das Moléculas 6

7 A Forma das Moléculas 7

8 Orbitais atómicas e moleculares Mecânica Quântica Teoria atómica/ estrutura molecular 8

9 2 (x,y,z) 9

10 função de onda Sinais de fase 2 (x,y,z) => prob. encontrar eletrões no espaço 2, 3D Formas das orbitais 10

11 11

12 12

13 Configurações Eletrónicas Regras: 13

14 Princípio de Aufbau 14

15 C N O F 15

16 Configurações Eletrónicas 16

17 Orbitais Moleculares Gases Nobres / Regra do octeto 17

18 Orbitais Moleculares 18

19 AO MO 19

20 A covalent bond - Orbital Overlap Model A covalent bond forms when a portion of an atomic orbital of one atom overlaps a portion of an atomic orbital of another atom. in forming the covalent bond in -, for example, there is overlap of the 1s orbitals of each hydrogen. 20

21 Os Tipos de Sobreposição de Orbitais Ligação s Ligação p 21

22 ibridação molecular e estrutura das moléculas Li idreto de Lítio 2 Be idreto de Berílio 22

23 Orbitais atómicas Orbitais híbridas 23

24 O Problema: Orbitais íbridas A sobreposição de orbitais atómicas 2s e 2p originaria ângulos de ligação de aproximadamente 90. em vez disso, observam-se ângulos de ligação de aproximadamente 109,5, 120 e 180. A Solução: hibridação de orbitais atómicas. os elementos do 2º período usam orbitais híbridas sp 3, sp 2 e sp para as ligações

25 Orbitais íbridas Estudamos 3 tipos de orbitais atómicas: sp 3 (1 orbital s + 3 orbitais p originam 4 orbitais sp 3 ) sp 2 (1 orbital s + 2 orbitais p originam 3 orbitais sp 2 ) sp (1 orbital s + 1 orbital p originam 2 orbitais sp) A sobreposição de orbitais híbridas pode formar 2 tipos de ligações, dependendo da geometria da sobreposição: Ligações s (sigma) são formadas por sobreposição direta Ligações p (pi) são formadas por sobreposição paralela 25 25

26 ibridação de Orbitais A sobreposição intraatómica de orbitais 2s e uma 2p gera duas novas orbitais moleculares híbridas: s + p duas sp híbridas, com arranjo linear 2 Be idreto de Berílio 26

com forma trigonal s + p + p + p 4 sp 3 com forma

27 ibridação de Orbitais São possíveis outras combinações de sobreposição intraatómicas (hibridação): s + p + p 3 sp 2 com forma trigonal s + p + p + p 4 sp 3 com forma tetraédrica Nota: n orbitais atómicas n novas orbitais videos 27

28 E 28

29 29

30 C-C 83 kcal.mol -1 C 1s 2 2s 2 2p 2 (4es ligantes) ligações covalentes estáveis! (ligações iónicas instáveis) C 4 30

31 Orbitais íbridas sp 3 31

32 Ligação no Etano: Sobreposição de duas Orbitais íbridas sp 3 C 3 -C 3 1s 2sp 3 2sp 3 1s 7 ligações s (C-C) e (C-) 109,5º 32

33 Orbitais íbridas sp 2 33

34 sp 2 Eteno C C Etino C C sp Eteno 120º Etino 180º C -> C e - IP = 1481 kcal mol -1 Li -> Li + + e - IP = 124 kcal mol -1 34

35 Orbitais íbridas sp Uma ligação tripla carbono-carbono consiste numa ligação sigma (s) e duas ligações pi (p) 35

36 Orbitais íbridas Resumo das orbitais e tipo de ligações: ybridization Types of Bonds to Carbon Example Name sp 3 four sigma bonds -C-C- Ethan e sp 2 sp three sigma bonds and one pi bond two sigma bonds and two pi bonds C -C C C- Ethylene Acetylene 36

37 Estruturas de Kekulé e de Lewis C 4 C C C 3 C-C 3 2 C=C 2 Kekulé Lewis Ligação s C- -C C- 37

38 Estruturas de Lewis Gilbert N. Lewis Camada de Valência: camada mais externa de um átomo. Electrões de Valência: eletrões na camada de valência de um átomo; estes eletrões são utilizados na formação de ligações químicas. Estrutura de Lewis o simbolo do átomo representa o núcleo e os eletrões das camadas internas. os pontos representam os eletrões de valência. 38

39 Estruturas de Lewis Estruturas de Lewis para os elementos 1-18 da Tabela Periódica 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6 A 7 A 8 A e Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar 39

Desenho de Estruturas de Lewis Para desenhar uma estrutura de Lewis: determinar o número de eletrões de valência na molécula ou ião. determinar o arranjo espacial dos átomos.

40 Desenho de Estruturas de Lewis Para desenhar uma estrutura de Lewis: determinar o número de eletrões de valência na molécula ou ião. determinar o arranjo espacial dos átomos. conectar os átomos por ligações simples. organizar os eletrões restantes de modo que cada átomo tenha uma camada de valência completa. mostrar os eletrões de ligação como uma única ligação. mostrar os eletrões não-ligantes como um par de pontos. os átomos compartilham um par de eletrões numa ligação simples, dois pares numa ligação dupla, e 3 pares numa ligação tripla. 40

41 Estruturas de Lewis Como distribuir os eletrões de valência Conectividade 41

42 Dióxido de Carbono CO 2 42

43 Tetracloreto de carbono CCl 4 43

44 44

45 45

46 46

47 47

48 48

49 Estruturas de Lewis Correctas 49

50 Cargas formais 50

51 Estruturas de Lewis O Cl 2 O (8) Water Cl (8) ydrogen chloride C N C 4 (8) Methane N 3 (8) Ammonia 51

52 Estruturas de Lewis C C C 2 2 (10) Acetylen e C C C 2 4 (12) Ethylene O C O C O O C 2 O (12) 2 CO 3 (24) Methanal Carbonic acid 52 52

53 Estruturas de Lewis Em moléculas neutras contendo C,, N, O, e halogéneo: hidrogénio tem uma ligação. carbono tem 4 ligações e não possui eletrões não compartilhados. azoto tem 3 ligações e possui um par de eletrões não compartilhados. oxigénio tem 2 ligações e possui 2 pares de eletrões não compartilhados. halogéneo tem 1 ligações e possui 3 pares de eletrões não compartilhados. 53

54 Carga Formal Formal carga: a carga de um átomo numa molécula ou ião poliatómico: escrever a estrutura de Lewis para a molécula ou ião. atribuir a cada átomo todos os eletrões não compartilhados (não-ligantes) e metade são eletrões compartilhados (ligantes). comparar este número com o número de eletrões de valência do átomo neutro, não ligado. se o número é menor que o atribuído ao átomo não ligado, o átomo tem uma carga formal positiva. Se o número for maior, o átomo tem uma carga formal negativa. Fo rmal charge = # of valen ce electrons in unb ond ed atom all unshared electrons + on e-half of all shared electrons 54

55 Carga Formal Exemplos: N 4 + O - C 3 - C 3 N 3 + CO 3 - C 3 CO 2 - C 3 O 2 + CO 3 2- BF 4-55

56 56

57 57

58 58

59 59

60 60 60

61 61

62 3 PO 4, Ácido fosfórico 2 SO 4, Ácido sulfúrico 62

63 1. 2 O 6(O) + 2 x 1() = 8 O - 6(O) + 1() + 1(-) = 8 3 O + 6(O) + 3 x 1() - 1(+) = 8 2. CO 2 n e = 4(C) + 2 x 6(O) = N 4 N O C O correcto 1 cada (0) N 4 (-1e) carga +1, N O C O incorrecto - OC 3 C O 1 cada (0) C 4 (0) O 7 (+1e) carga -1, O 2 CO C O 1 cada (0) C 4 (0) O 6 (0) sem carga 63

64 64

65 4. + C 3 C 3. C C catião metilo radical metilo Estruturas de Lewis: 1. F 2. F 2 3. C 3 F 4. NO 2 5. CN 6. SO

66 Determinação de estruturas orgânicas - Fórmula Empírica C,, X (Análise Elementar) C n 2n (n+1)/2 O 2 F. Empírica F. Molec. C 2, C 2 4 eteno, C 5 10 ciclopentano, C 6 12 ciclo-hexano nco 2 + (n+1) 2 O m A m CO2, m 2O m = m 2O 18 x 2 m C = m CO2 44 x 12 % = m / m A x 100 %C = m C / m A x 100 %X % 1, %C 12, %X pax a atg, b atg C, c atg X simplificação Fórmula Empírica C x y X z 66

67 Determinação de estruturas orgânicas - Peso Molecular PM = mrt Pv PM = 1000 Kc m M T PM gases, líquidos vol. - Fórmula Molecular líquidos não vol., sólidos Espectrometria de Massa (MS) m(c x y X z ) = P' PM = P' F. Molecular = n F. Empírica Fórmula Molecular C nx ny X nz - Fórmula de Estrutura Propriedades físicas Propriedades químicas Propriedades espectroscópicas 67

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