Ligações Químicas

Regra do Octeto (válida apenas para elementos do 2º Período)
Os átomos tendem a formar ligações até ficarem rodeados de oito
electrões de valência, por forma a adquirirem uma configuração de gás
nobre, de particular estabilidade.
Gilbert Newton Lewis
(1875 - 1946)

Repulsão dos Pares Electrónicos da Camada de Valência (RPECV)
XeF4
Quadrangular plana
26
SF6, SeF6
Octaédrica
06
PCl5, SbCl5
Bipirâmide trigonal
05
H2O, H2S, OF2
Angular
~109º24
NH3, NF3, PH3
Pirâmide trigonal
14
CH4, CCl4, SiF4
Tetraédrica
04
SO2, SnCl2, PbCl2Angular13
BF3, BCl3, AlCl3Triangular plana03
CO2, BeCl2, CS2, HgCl2Linear02
ExemplosGeometriaDistribuição mais favorável
para os pares de electrões
Pares não ligantesN.º de pares de electrões na
camada de valência
A
B B
B B
B
B
A
B B
B B
AB
B
B
B
B
A
A
A
B
B
A
B
B
B
A
B
B
B
B
A
120º
120º
120º
A
B B
A
B
B B
A
180º B A B
A

Teoria da ligação de valência (TLV)
Dois átomos aproximam-se um do outro até que as suas
orbitais coalescem.
Orbital 1s
atómica
Orbital 1s
atómica
Ligação s
(sigma)

Da coalescência de duas orbitais s ou px (considerando a aproximação dos
dois átomos ao longo do eixo dos xx, estas últimas coalescem de topo),
formar-se-á uma nuvem electrónica de simetria cilíndrica em torno do eixo
internuclear, designando-se a ligação formada por ligação s (sigma).
Ligação s (sigma).
Orbital 2px
atómica
Ligação s (sigma)Orbital 2px
atómica

A coalescência de duas orbitais py ou de duas pz, que coalescem lateralmente,
originará uma ligação p (pi) que, à semelhança das orbitais p, será
constituída por dois lóbulos.
Ligação p (pi).
Orbital 2p
atómica
LIgação p
(pi)
Orbital 2p
atómica

Uma ligação s é mais forte do que uma p, em virtude
de a coalescência de topo ser superior à
coalescência lateral – critério da coalescência
máxima.
Ao somatório das ligações s e p que se estabelecem
entre dois átomos, chama-se multiplicidade da
ligação.

Hibridação sp3
6C - 1s2 2s2 2px
1 2py
1 2pz
0
hibridação
s p sp3
Uma orbital s e três orbitais p, produzem uma hibridação sp3

Hibridação sp3
6C - 1s2 2s2 2px
1 2py
1 2pz
0
x
y
z
x
y
z
x
y
z
x
y
z
hibridação
x
y
z
x
y
z
x
y
z
x
y
z

Hibridação sp3 - Metano
Estas orbitais fazem entre si ângulos de aproximadamente 109º, o que corresponde
exactamente aos ângulos de ligação observados na molécula de metano. Esta vai então
formar-se por coalescência de cada uma das quatro orbitais híbridas com a orbital 1s de um
átomo de hidrogénio, resultando em quatro ligações s.

Hibridação sp2
6C - 1s2 2s2 2px
1 2py
1 2pz
0
Uma orbital s e duas orbitais p, produzem a hibridação sp2
hibridação
s p sp2 p

Hibridação sp2
6C - 1s2 2s2 2px
1 2py
1 2pz
0
Uma orbital s e duas orbitais p, produzem três orbitais hibridas sp2
x
y
z
x
y
z
x
y
z hibridação
x
y
z
x
y
z
x
y
z

Três orbitais sp2 + orbital p
Vista de lado Vista de topo

Hibridação sp2 –Eteno (ligação dupla)
A ligação dupla entre os dois átomos de carbono é, pois, formada por uma ligação
s e outra p, dizendo-se que tem multiplicidade dois. A coalescência lado a lado
da ligação p impede a rotação da ligação C-C.

Hibridação sp
6C - 1s2 2s2 2px
1 2py
1 2pz
0
Uma orbital s e uma orbital, produzem a hibridação sp
hibridação
s p sp p

Hibridação sp
6C - 1s2 2s2 2px
1 2py
1 2pz
0
Uma orbital s e uma orbital p, produzem duas orbitais hibridas sp
x
y
z
x
y
z
hibridação
x
y
z
x
y
z

As duas orbitais sp e as duas orbitais p

Hibridação sp –Etino (ligação tripla)
A ligação tripla entre os dois átomos de carbono é, pois, formada por uma ligação s
e duas p, dizendo-se que tem multiplicidade três. A coalescência lado a lado das
ligações p impede a rotação da ligação C-C, o que não condiciona a geometria
dado que as ligações s fazem ângulos de 180º, pelo que a molécula é linear.

Teoria das Orbitais Moleculares (TOM)
Segundo a Teoria das Orbitais Moleculares, a sobreposição de duas
orbitais atómicas leva à formação de duas orbitais moleculares: uma
orbital molecular ligante (s ou p), de menor energia, e uma orbital
molecular antiligante (s* ou p*), de maior energia.
Quando as orbitais que se combinam são s ou px (considerando a
aproximação dos átomos segundo o eixo xx), as orbitais moleculares
obtidas designam-se sigma (s), enquanto que da combinação das
orbitais atómicas py e pz, resulta a formação de orbitais moleculares
p.

Os electrões das orbitais moleculares ligantes (s ou p) são electrões
ligantes e os das orbitais moleculares antiligantes (s* ou p*) são electrões
antiligantes.
Ordem da Ligação
A diferença entre os electrões ligantes e os electrões antiligantes dá-nos o
número de electrões efectivamente ligantes. Aqueles cujo efeito é
mutuamente anulado chamam-se electrões não-ligantes.
2
esantiligantelectrõesnº-liganteselectrõesnº
.. LO

Formação de Orbitais Moleculares s1s e s*1s
Energia
Átomo Molécula Átomo
s1s
s*1s
1s 1s
Para as orbitais 2s teremos um diagrama e formas semelhantes, simplesmente os
valores de energia serão mais elevados.
s1s
s*1s

Molécula H2
Energia
s1s
s*1s
1s 1s
H H2 H
Configuração Electrónica
H2 – s1s
2
SimplesLigação1
2
0-2
.. LO

Energia
s2px
s*2px
2px 2px
Formação de Orbitais Moleculares s2px e s*2px
s2px
s*2px

Formação de Orbitais Moleculares p2py e p*2py
As Orbitais Moleculares p2pz e p*2pz são idênticas em energia, mas
espacialmente perpendiculares.
Energia
p2py
p*2py
2py
2py
p2py
p*2py

Energia relativa das Orbitais
Moleculares para elementos
dos 1.º e 2.º Períodos
Energia
p2py
p*2py
2py 2pz 2py 2pz2px
s2px
s*2px
2px
p2pz
p*2pz
s1s
s*1s
1s 1s
s2s
s*2s
2s 2s

Preenchimento de orbitais moleculares de valência em moléculas
diatómicas de elementos do 2.º Período
F2Li2 B2 N2 O2C2
p2py
p*2py
s2px
s*2px
 p2pz
 p*2pz
s2s
s*2s
CONFIGURAÇÕES ELECTRÓNICAS
Li2: (s1s)2 (s*1s)2 (s2s)2
B2: (s1s)2 (s*1s)2 (s2s)2 (s*2s)2 (p2py)1 (p2pz)1
C2: (s1s)2 (s*1s)2 (s2s)2 (s*2s)2 (p2py)2 (p2pz)2
N2: (s1s)2 (s*1s)2 (s2s)2 (s*2s)2 (p2py)2 (p2pz)2 (s2px)2
O2: (s1s)2 (s*1s)2 (s2s)2 (s*2s)2 (p2py)2 (p2pz)2 (s2px)2 (p* 2py)1 (p*2pz)1
F2: (s1s)2 (s* 1s)2 (s2s)2 (s*2s)2 (p2py)2 (p2pz)2 (s2px)2 (p* 2py)2 (p* 2pz)2

Híbridos de Ressonância
(Benzeno)
Teoria da Ligação de Valência
Ângulos de 120º entre os carbonos: hibridação sp2
C
C
C
CC
C
H
H
H
H
H
H
Nas ligações s são envolvidos 24 electrões (2 x 12 ligações). Como a molécula do
benzeno tem 30 electrões de valência sobram 6 nas orbitais p que apenas podem
coalescer lateralmente para formar ligações p.

(Benzeno)
Como a molécula do benzeno tem 30 electrões de valência sobram 6 nas orbitais p que
apenas podem coalescer lateralmente para formar ligações p.
ou
Comprimento das ligações:
Simples (C-C): 154 pm
Dupla (C=C): 133 pm
Benzeno: 140 pm (todas iguais)
Como explicar?
Qualquer uma das duas estruturas tem ligações simples e duplas, no entanto…

(Benzeno)
August Kekulé (1829-1896)

(Benzeno)
Kekulé sugeriu que o benzeno seria uma estrutura
híbrida entre as duas representações de Lewis.
August Kekulé (1829-1896)

(Benzeno)
Os 6 electrões p encontram-se assim deslocalizados por toda a
estrutura.
As ligações na molécula de benzeno são assim todas iguais, com ordem
de ligação de 1,5.

(Benzeno)
Moléculas como o benzeno, que não podem ser descritas
por uma única estrutura de Lewis, dizem-se híbridos de
ressonância.
Representação simplificada:

(Benzeno)
Qual o significado da seta na estrutura do benzeno?

(Benzeno)
A mula (um híbrido de cavalo e burro):
Alguém vê um cavalo a interconverter-se
num burro?

(Benzeno)
A seta significa que a estrutura é hibrida: nem
é uma, nem é outra, mas uma mistura das
duas.
Não confundir com a seta de equilíbrio
químico em que há interconversão!!!!!

Outros Híbridos de Ressonância
Ozono (O3) Dióxido de Enxofre (SO2)
O
O O
O
O O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
ou
Ligações s
Ligações p
S
O O
S
O O
Ligações s
O
S
O
Ligações p
S
O
O ou
S
O
O

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