Geometria Molecular e polaridade de ligações Prof. Éderson Química Geometria Molecular Geometria molecular O arranjo tri-dimensional dos átomos em uma molécula, ou seja, é a orientação espacial das moléculas, em relação aos seus átomos e respectivas ligações. Muitas propriedades (ex: reatividade) das moléculas estão relacionados com sua forma. A forma é dependente do ângulo das ligações e do comprimento das ligações. 1
Geometria Molecular FORMAS BÁSICAS Estrutura Eletrônica de Lewis ESTUDAR: Teoria do octeto Tabela Periódica (eletronegatividade) Ligação molecular Níveis e subníveis energéticos Orbitais atômicos Estrutura eletrônica de Lewis Gilbert Newton Lewis (1875-1946) 2
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Geometria Molecular A disposição das ligações pode ser explicada por vários modelos teóricos, não contraditórios entre si sendo a de mais fácil compreensão a Teoria da Repulsão dos Pares Eletrônicos da Camada de Valência (TRPECV) proposta por R. Gillespie (1963). Em outras palavras podemos dizer que a teoria da repulsão dos pares de elétrons (ligantes e não-ligantes) procura explicar o arranjo dos átomos numa molécula. Segundo a TRPECV: ao redor do átomo central, os pares eletrônicos ligantes ou não-ligantes se repelem, tendendo a ficar o mais afastado possível. Pares ligantes = participam das ligações Pares não ligantes = não participam das ligações Geometria Molecular Sequência de passos na aplicação da TRPECV: 1. Escreva a fórmula da substância e conte os pares eletrônicos ao redor do átomo central; (distribuição eletrônica - Lewis) 2. Escolha a disposição geométrica que distribua esses pares de modo a ficarem o mais afastados possível (usando as formas básicas) 4
Exercício Qual a geometria para as seguintes moléculas? H 2, HCl, Cl 2, NH 3, H 2 O, CH 4 Exemplo da geometria de uma molécula com mais de um átomo central Observa-se que um dos carbonos da molécula é tetraédrico e o outro é trigonal plano (explicação fica para após o conceito de hibridação). 10 5
Momento dipolar A molécula de HF apresenta momento dipolar uma separação de cargas devido a diferença de eletronegatividade existente entre o F e o H. A forma da molécula e a grandeza do dipolo explicam a polaridade total da molécula. δ+ H F δ Momento dipolar e geometria Moléculas diatômicas homonucleares não apresentam momento dipolar (O 2, F 2, Cl 2, etc) Moléculas triatômicas ou maiores (dependem do efeito resultante de todas ligações polares existentes na molécula). Em moléculas como CCl 4 (tetraédricas) BF 3 (trigonal planar) todos vetores das ligações polares individuais se cancelam resultando em nenhum momento dipolar (zero). 6
Polaridade de ligações Ligação covalente polar - Quando numa ligação covalente dois átomos possuem diferentes valores de eletronegatividade, ocorre a formação de cargas parciais δ + e δ. Polaridade de ligações Ligação covalente apolar Os átomos possuem valores de eletronegatividades iguais ou a soma dos momentos de dipolo da molécula é igual a zero. 7
Polaridade de ligações a) Moléculas Polares Diatômicas: formada por átomos diferentes.ex: HCl, HF etc. Molécula que sobra elétrons no átomo central. b) Moléculas Apolares Diatômicas: formada por átomos iguais. Ex: O 2, N 2 etc. Substâncias simples: O 3, P 4, S 8, etc. Molécula que não sobra elétrons no átomo central. Representação esquemática de uma molécula apolar Quando uma ligação ocorre entre átomos iguais o par eletrônico será compartilhado de modo igual pelos dois átomos. Molécula APOLAR O par de elétrons se localiza de forma simétrica entre os dois átomos 8
- Água é uma molécula POLAR, pois o oxigênio é mais eletronegativo do que o hidrogênio, e, então, os elétrons são atraídos para próximo do oxigênio. - O par eletrônico da ligação se localiza mais próximo do átomo mais eletronegativo, sendo assim o pólo negativo estará localizado próximo ao átomo mais eletronegativo e o pólo positivo próximo ao átomo mais eletropositivo. Representação esquemática de uma molécula polar Dipolos elétricos ocorrem quando os centros das cargas positivas não coincidem com o centro das cargas negativas em uma molécula. Quanto maior for a diferença de eletronegatividade entre os átomos, mais polarizada será a ligação. 9
Polaridade de ligações e moléculas Assim, a ligação será mais polarizada do que a ligação. H F H Cl A polarização de uma ligação é simbolizada por um vetor ( ) chamado momento dipolar (µ) cujo módulo é proporcional à diferença de eletronegatividade e cujo sentido é do pólo positivo para o negativo. Polaridade de ligações e moléculas Se a molécula apresenta mais de uma ligação polar a polaridade da molécula será obtida a partir da disposição espacial das ligações polares existentes, com base na geometria molecular e somatório dos vetores momentos dipolares das ligações. Moléculas simétricas APOLARES (R = 0) Moléculas assimétricas POLARES (R 0) 10
Exemplos Molécula H 2 O (assimétrica e polar) Molécula CO 2 (simétrica e apolar) O momento dipolar depende da geometria da molécula 11
Mais exemplos polaridade e geometria Resumindo: Os compostos formados somente por carbono e por carbono e hidrogênio são apolares 12
Polaridade Quando, na molécula de um composto orgânico, houver um outro elemento químico além de carbono e hidrogênio, ela passará a apresentar certa polaridade A substituição de um ou mais átomos de H por elementos como Cl, O ou N provoca o aparecimento, na molécula, de uma região em que há maior concentração de elétrons, dita região apolar Polaridade No entanto, a outra parte da molécula formada somente por C e H corresponde a uma região apolar. Nesse caso, amolécula apresenta duas regiões, uma polar e outra apolar, porém, é classificada como molécula polar. 13
Exemplo 14