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Carregado porPedro Kangombe
Hibridação sp sp2 e sp3
O documento discute os conceitos de hibridização, órbitais híbridos e tipos de hibridização (sp, sp2, sp3). Explica como a hibridização permite que o carbono forme diferentes números de ligações e estruturas moleculares. Também aborda conceitos de forças intermoleculares e ligação iônica, dipolo-dipolo e de hidrogênio.
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- 1. 1 INTRODUÇÃO A Hibridização (ouhibridação) ocorre quando os subníveis energéticos s, p, d, f dos elétrons estão energeticamente "carregadas" (spin para cima) ou energeticamente "descarregadas" (spin para baixo). Assim, a Hibridização é a formação dos orbitais dos elétrons. Os subníveis s, p quando unidos formam sp, sp2 ou sp3 (orbitais híbridos). Sp1 = carbono ligado à 1 hidrogênio Sp2 = carbono ligado à 2 hidrogênios Sp3 = carbono ligado à 3 hidrogênios
- 2. 2 DESENVOLVIMENTO Existem três tiposde hibridização, a sp3, a sp2 e a sp. HIBRIDIZAÇÃO SP A hibridização do tipo sp ocorre no carbono quando ele realiza duas ligações sigma (σ) e duas ligações pi (π). Isso significa que pode ocorrer em duas situações: quando ele realiza duas ligações duplas ou quando ele realiza uma ligação simples e uma tripla: Vamos tomar como exemplos uma molécula de gás cianídrico: H ─ C ≡ N O hidrogênio possui apenas um elétron na camada de valência, com um orbital incompleto no subnível s; portanto, ele pode realizar uma ligação covalente. Já o nitrogênio possui três orbitais incompletos no subnível p, podendo realizar três ligações, como é mostrado abaixo: Já o carbono, conforme mostrado nos textos mencionados no início deste texto, sofre hibridização, dando origem a quatro orbitais incompletos:
- 3. 3 HIBRIDIZAÇÃO SP2 A hibridizaçãosp2 ocorre em moléculas em que o carbono apresenta três ligações sigma e uma ligação pi, ou seja, em que ele faz duas ligações simples e uma dupla. A hibridização sp2 ocorre quando o carbono realiza uma ligação dupla e duas ligações simples, ou seja, três ligações sigma (σ) e uma ligação pi (π). As três ligações sigma que esse carbono realiza são por seus orbitais hibridizados provenientes de um orbital “s” e dois orbitais “p”, daí a denominação de hibridização sp2. Para entendermos como ocorre a hibridização do tipo sp2 , podemos tomar como exemplo o metanal, que é mais conhecido como formol. A sua molécula é a seguinte: O ║ H ─ C ─ H O carbono no estado fundamental possui número atômico igual a 6, por isso ele possui seis elétrons distribuídos da seguinte forma:
- 4. 4 HIBRIDIZAÇÃO DO TIPOSP3 A hibridização do tipo sp3 ocorre em qualquer molécula na qual o carbono efetue quatro ligações sigma e é resultado da “mistura” de orbitais atômicos puros. A hibridação sp3 é facilmente explicada pelo carbono. Para o carbono tetraédrico (como no metano, CH4), deve haver quatro ligações simples. O problema é que a distribuição eletrônica do carbono no estado fundamental é 1s2 2s2 2px 1 2py 1 , esquematizando: Distribuição eletrônica do carbono. (Nota: O orbital 1s tem menos energia que o 2s, que por sua vez tem menos energia que os orbitais 2p) Dessa forma, o carbono deveria realizar apenas duas ligações, ao que há apenas dois orbitais semipreenchidos. Entretanto, a molécula de metileno (CH2) é extremamente reativa, não estando equilibrada quimicamente. O primeiro passo para se entender o processo de hibridação, é excitar o átomo de carbono em questão, tendo-se:
- 5. 5 Distribuição eletrônica docarbono ativado. Então, o carbono equilibra os quatro orbitais, dando origem a orbitais de energia intermediária entre 2s e 2p, dando origem ao orbital sp3 (lido s-p-três), assim chamado por ser o resultado da fusão de um orbital s com três orbitais p. Portanto, tem-se: Distribuição eletrônica do carbono híbrido em sp3 Na hibridização sp, a molécula tem forma linear, na sp2 a molécula é trigonal plana e na sp3 é tetraédrica. Na hibridização sp, são hibridizados os orbitais s e pz, que formarão dois orbitais sp, responsáveis pelas duas ligações sigma, Restarão sem serem hibridizados os orbitais px e py, que serão responsáveis por duas ligações pi (uma de cada um). No CO2, por exemplo, o carbono tem hibridização sp, pois ele faz duas ligações sigma (uma com cada oxigênio) e duas ligações pi (uma utilizando o orbital px não-hibridizado com um dos oxigênios e a outra utilizando o orbital py não-hibridizado com o outro oxigênio). Na hibridização sp2 são hibridizados os orbitais s, px e py, que formarão três orbitais sp2, responsáveis por três ligações sigma, Restará sem ser hibridizado o orbital pz, que será o responsável pela ligação pi. Na hibridização sp3 são hibridizados os orbitais s, px, py e pz, que formarão quatro orbitais sp3, todos responsáveis por ligações sigma. Forças Intermoleculares As ligações moleculares e os estados físicos Nos gases, quase não há ordenação das moléculas, pois a distância entre as moléculas é muito grande, logo as ligações intermoleculares são muito fracas. Também o volume de cada molécula é insignificante consoante o volume que a amostra ocupa. Isto
- 6. 6 leva a quequalquer gás seja compressível, ocorrendo então que as suas moléculas se movem por todo o espaço disponível. Nos líquidos, há um grande desordenamento das moléculas podendo, ocasionalmente, formar-se estruturas que logo desaparecem – a distância entre as moléculas é muito menor que nos gases. O volume ocupado pelos líquidos vai ser então ligeiramente menor que o espaço ocupado, pelo que, devido às suas moléculas se encontrarem mais agregadas, estes terão menor compressibilidade e nem sempre se misturam com outros. Deste modo, a forma líquida depende do recipiente no qual este se encontra. Quando as forças moleculares vencem os movimentos das moléculas, a substância apresenta-se no estado sólido, onde os movimentos moleculares se limitam a vibrações. As substâncias sólidas não ordenadas, isto é, amorfas, não possuem portanto ordenação molecular, diferindo dos líquidos apenas devido ao número de movimentos das moléculas ser menor. Os movimentos num sólido, apesar de limitados no espaço, não são necessariamente pouco energéticos: pode ocorrer que um movimento molecular num sólido possua maior energia que num gás. Ligação Íon-Dipolo: Hidratação: é a ligação de moléculas de água a partículas solúveis, especialmente íons; Definição: é característica de íons dissolvidos em solventes polares –como a água; A energia potencial da interação entre a carga máxima de um íon e as duas cargas parciais de uma molécula polar é: A dependência 1/r² significa que a interação entre o íon e o dipolo depende mais fortemente da distância do que da interação entre eles; Anidros: substâncias livres de água; Forças Dipolo-Dipolo: Interação entre dois dipolos, além disso é resultante da atração entre as cargas parciais de suas moléculas; São mais fracas do que as forças entre íons; Caem rapidamente com a distância (1/r³), principalmente nas fases líquidas e gasosas, uma vez que as moléculas estão em rotação; Geralmente o PE de moléculas com dipolo permanente é maior que o verificado para apolares com similar massa molar;
- 7. 7 Ligações de Hidrogênio: Casoespecial de interação dipolo-dipolo; É o tipo de ligação intremolecular mais forte; Um átomo receptor (A), que possua um par de elétrons isolado, pode interagir com um átomo doador(D) que carrega um hidrogênio ácido; A e D pode ser F, O e N; Dipolo permanente: Gerados pela união não simétrica de átomos com diferentes eletronegatividades; Dipolo-induzido: Distorção da nuvem eletrônica de uma molécula (polarizável) por ação de carga, dipolo permanente ou proximidade a outra molécula;
- 8. 8 CONCLUSÃO Conclui-se que ahibridização (ou hibridação) ocorre quando os subníveis energéticos s, p, d, f dos elétrons estão energeticamente "carregadas" (spin para cima) ou energeticamente "descarregadas" (spin para baixo). Assim, a Hibridização é a formação dos orbitais dos elétrons. Os subníveis s, p quando unidos formam sp, sp2 ou sp3 (orbitais híbridos). Sp1 = carbono ligado à 1 hidrogênio Sp2 = carbono ligado à 2 hidrogênios Sp3 = carbono ligado à 3 hidrogênios Segundo a teoria das ligações covalentes, uma ligação desse tipo se efetua pela superposição de orbitais semi-preenchidos (com apenas um elétron). A hibridação explica a formação de algumas ligações que seriam impossíveis por aquela teoria, bem como a disposição geométrica de algumas moléculas.
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