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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIOSA
CAMPUS DE RIO PARANABA
INSTITUTO DE CINCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA
QAM 120 QUMICA INORGNICA I
Ligao Covalente
Parte I
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2
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- A ligao covalente resulta do compartilhamento de um par de
eltrons entre os tomos.
- A fora da ligao covalente resulta da atrao entre estes eltrons
compartilhados e os ncleos positivos dos tomos que participam da ligao.
3
Cada eltron compartilhado atrado
pelo ncleo de ambos os tomos.
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Medida quantitativa da polaridade de uma ligao
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Comportamento das molculas polares em um campo eltrico
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Momento de dipolo resultante = 1,46 D
Momento de dipolo resultante = 0,24 D
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Qual molcula possui momento de dipolo? H2O, CO2, e CCl4
Momento de dipolo Molcula polar
C O O
C
Cl
Cl
Cl Cl
Momento de dipolo nulo Molcula apolar
Momento de dipolo nulo Molcula apolar
As ligaes so polares, mas os vetores de momento de dipolo se anulam devido geometria linear da molcula. 13
H
O
H
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Os momentos de dipolo podem ser utilizados para distinguir entre
molculas que tenham a mesma frmula, mas diferentes estruturas. Por
exemplo as duas molculas a seguir existem, elas tem a mesma frmula
molecular (C2H2Cl2) e o mesmo nmero e tipo de ligao, porm diferentes
estruturas moleculares:
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A molcula CH2Cl2 possui momento de dipolo?
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Propriedades dos compostos covalentes
- Pode ser encontrado, temperatura ambiente, nos trs estados de
agregao, sendo os estados lquido e gasoso os mais comuns;
- Apresentam PF e PE menores que os compostos inicos;
- No conduzem eletricidade;
- Apresentam solubilidade variada.
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A regra do octeto foi formulada com
objetivo de verificar se as estruturas
de Lewis estavam corretas.
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O nmero de ligaes covalentes que um tomo
formar, pode ser previsto contando-se o nmero
de eltrons que faltam para atingir uma
configurao estvel.
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Apenas os eltrons mais externos entram em
contato
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Alm da representao das
ligaes covalentes, a
estrutura de Lewis mostra os
pares de eltrons isolados
(pares no envolvidos em
ligaes) dos tomos e tambm
as cargas formais que
resultam da contagem dos
eltrons envolvidos na ligao. 21
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1. Escrever o esqueleto estrutural do composto utilizando os smbolos qumicos
e colocando os tomos ligados entre si perto uns dos outros. Em geral, o tomo menos eletronegativo ocupa a posio central. O H e o F ocupam normalmente as posies terminais.
2. Contar o nmero total de e- de valncia. Para nions poliatmicos, adicionar o nmero total de cargas negativas. (p. ex, para o CO3
2 adicionamos dois eltrons, pois a carga 2 indica que existem dois eltrons a mais). Para ctions poliatmicos, subtramos o nmero de cargas positivas desse total (para NH4
+ subtramos um eltron porque a carga +1 indica a perda de um eltron).
3. Colocar 1 ligao covalente simples entre o tomo central e cada um dos tomos a seu redor.
4. Completar os octetos dos tomos ligados ao tomo central. Os eltrons que
pertencem ao tomo central ou aos tomos vizinhos devem ser representados por pares isolados quando no se encontram envolvidos na ligao.
5. Aps completar os passos 1 a 3, se o tomo central tiver menos que oito eltrons, tentar adicionar ligaes duplas e triplas entre o tomo central e os tomos vizinhos, utilizando os pares isolados desses ltimos tomos.
ESCREVENDO ESTRUTURAS DE LEWIS
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A Carga formal de um tomo a diferena de carga eltrica entre
o nmero de eltrons de valncia em um tomo isolado e o nmero
de eltrons atribudos a esse tomo em uma estrutura de Lewis.
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Exerccio
Escreva a estrutura de Lewis do on BF4-
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Resposta
A carga negativa atribuda ao on
como um todo e no a um tomo em
particular.
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EXCEES A REGRA DO OCTETO
Existem trs excees a essa regra:
- o octeto incompleto,
- um nmero mpar de eltrons,
- um nmero de eltrons de valncia maior que
oito ao redor do tomo central.
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1 -O octeto incompleto
Exemplo: Hidreto de berlio
H H Be Be 2e-
2H 2x1e- 4e-
BF3 B: [He] 2s2 2p1 F: [He] 2s2 2p5
B 3e- 3F 3x7e-
24e-
F B F
F
3 ligaes simples (3x2) = 6 9 pares isolados (9x2) = 18
Total = 24
EXCEES A REGRA DO OCTETO
Exemplo: Trifluoreto de boro
Apenas 4 e- ao redor do Be
BeH2
Be: [He] 2s2
H: 1s1
No h como satisfazer regra do octeto
Os elementos do Grupo 3, particularmente o boro e o alumnio, tendem a formar compostos que apresentam menos de 8 e-
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2 - Molculas com nmero mpar de eltrons
N 5e- O 6e-
11e-
NO
N O
NO
NO2
NO2 NO
. .. .. . O=N-O .. .. .
Exemplo: NO e NO2
EXCEES A REGRA DO OCTETO
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3 - O octeto expandido: tomos do terceiro perodo ou dos perodos seguintes.
(tomo central com nmero quntico principal n > 2)
SF6
S 6e- 6F 42e-
48e-
S
F
F
F
F F
F
6 ligaes simples (6x2) = 12 18 pares isolados (18x2) = 36
Total = 48
Exemplo: Hexafluoreto de enxofre
S: [Ne] 3s2 3p4
F: [He] 2s2 2p5
EXCEES A REGRA DO OCTETO
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A ressonncia deve ser entendida como uma mistura de estruturas e no
como uma alternncia entre elas.
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Na linguagem da mecnica quntica a distribuio
eletrnica de cada estrutura representada por uma
funo de onda e a verdadeira funo de onda da
molcula uma superposio das funes de onda
individuais de cada estrutura.
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Na molcula de BF3 por exemplo poderia ser considerada como um hbrido de
ressonncia das estruturas mostradas a seguir, mas a primeira estrutura
dominante. Em comparao para o on NO3- as trs ltimas estruturas so
dominantes .
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Exerccio
Escreva a estrutura de ressonncia para a molcula NO2F
e identifique a estrutura dominante.
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Resposta
Quatro estruturas de Lewis e suas cargas formais so mostradas. muito
improvvel que a menor energia seja alcanada com uma carga positiva sobre o
tomo eletronegativo de F. Cada estrutura tem carga positiva sobre o tomo de
N, onde a primeira possui maior carga e consequentemente maior energia.
Conclui-se que as duas estruturas com ligaes N=O iro dominar a ressonncia.
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O comprimento de uma ligao no equilbrio em uma
molcula a separao internuclear de dois tomos ligados.
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Os comprimentos de ligaes no equilbrio em molculas na fase
gasosa so geralmente determinados por espectroscopia na regio do
infravermelho ou de microondas, ou mais diretamente por difrao de
eltrons.
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40
A contribuio de um tomo para a ligao covalente denominada
raio covalente do elemento
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41
A contribuio de um tomo para a ligao covalente denominada
raio covalente do elemento
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42
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43
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Fora de ligao
A fora de uma ligao medida pela sua entalpia de dissociao:
H O (A-B) =
A B(g) A(g) + B(g)
Entalpias mdias de ligao so usadas para estimar as entalpias de
reao.
A entalpia mdia de ligao a entalpia mdia de dissociao da
ligao, calculada para uma srie de ligaes. Essas entalpias mdias de
ligao so usadas para estimar as entalpias de reao.
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Algumas energias de ligao de molculas diatmicas e Energias Mdias de Ligao para Ligaes em Molculas Poliatmicas
ligao ligao Energia de
Ligao (kJ/mol) Energia de
Ligao (kJ/mol)
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Geometria Molecular: o arranjo tridimensional dos tomos em
uma molcula (ou on poliatmico)
Densidade
Ponto de fuso
Reatividade qumica Ponto de ebulio
Solubilidade
cido fumrico (ismero trans)
cido malico (ismero cis)
P.F. = 287 oC d = 1,635 g/cm3 Solub. gua = baixa
P.F. = 131 oC d = 1,59 g/cm3
Solub. gua = alta
AFETA
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Valence Shell Electron Pair Repulsion
repulso dos pares eletrnicos da camada de valncia
Modelo desenvolvido na dcada de 1950 por Ronald J. Gillespie e Ronald Nyholm (1917-1971)
MODELO RPECV
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GEOMETRIA MOLECULAR
Modelo de Repulso entre os pares eletrnicos da camada de valncia (RPECV).
Mtodo para determinar a orientao mais estvel dos pares eletrnicos ao redor de um tomo central numa molcula.
Arranjo depende do nmero de pares de eltrons (ligantes e no-ligantes) ao redor de um tomo central:
As Cl Cl
Cl
Determinao do nmero estrico do tomo central: Nmero total de pares eletrnicos (solitrios e compartilhados) ao redor do tomo.
3 pares ligantes 1 par no-ligante nmero estrico do As 4
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AB2 2 0
Classe
# de tomos ligados ao
tomo central
# pares isolados no
tomo central
Arranjo dos pares de eltrons
Geometria Molecular
linear linear
AB3 3 0 trigonal planar
trigonal planar
RPECV
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AB4 4 0 tetradrica tetradrica
AB2 2 0
Classe
# de tomos ligados ao
tomo central
# pares isolados no
tomo central
Arranjo dos pares de eltrons
Geometria Molecular
linear linear
AB3 3 0 trigonal planar
trigonal planar
RPECV
50
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AB5 5 0 Bipirmide trigonal
Bipirmide trigonal
AB4 4 0 tetradrica tetradrica
AB2 2 0
Classe
# de tomos ligados ao
tomo central
# pares isolados no
tomo central
Arranjo dos pares de eltrons
Geometria Molecular
linear linear
AB3 3 0 trigonal planar
trigonal planar
RPECV
51
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AB6 6 0 octadrica octadrica
AB4 4 0 tetradrica tetradrica
AB2 2 0
Classe
# de tomos ligados ao
tomo central
# pares isolados no
tomo central
Arranjo dos pares de eltrons
Geometria Molecular
linear linear
AB3 3 0 trigonal planar
trigonal planar
AB5 5 0 Bipirmide trigonal
Bipirmide trigonal
RPECV
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MODELO RPECV
AX2 AX3 AX4 AX5 AX6 Linear trigonal-planar tetradrica bipirmide-trigonal octadrica
BeF2 BF3 CH4 PCl5 SF6
53
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54
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Classe
# de tomos Ligados ao
tomo central
# pares isolados sobre tomo central
Arranjo dos pares de eltrons
Geometria Molecular
AB2E 2 1 trigonal planar
angular
MODELO RPECV em que o tomo central tem um ou mais
pares isolados
55
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Classe
# de tomos Ligados ao
tomo central
# pares isolados sobre tomo central
Arranjo dos pares de eltrons
Geometria Molecular
AB2E2 2 2 tetradrico angular
H
O
H
AB3E 3 1 tetradrico pirmide trigonal
RPECV
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AB4E 4 1 Bipirmide trigonal
Gangorra
Classe
# de tomos Ligados ao
tomo central
# pares isolados sobre tomo central
Arranjo dos pares de eltrons
Geometria Molecular
RPECV
57
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AB3E2 3 2 Bipirmide trigonal
Forma de T
Cl F
F
F
Classe
# de tomos Ligados ao
tomo central
# pares isolados sobre tomo central
Arranjo dos pares de eltrons
Geometria Molecular
RPECV
58
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AB2E3 2 3 Bipirmide trigonal
linear
I
I
I
Classe
# de tomos Ligados ao
tomo central
# pares isolados sobre tomo central
Arranjo dos pares de eltrons
Geometria Molecular
RPECV
59
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AB5E 5 1 octadrico pirmide de base quadrada
Br
F F
F F
F
Classe
# de tomos Ligados ao
tomo central
# pares isolados sobre tomo central
Arranjo dos pares de eltrons
Geometria Molecular
RPECV
60
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AB4E2 4 2 octadrico quadrado planar
Xe
F F
F F
Classe
# de tomos Ligados ao
tomo central
# pares isolados sobre tomo central
Arranjo dos pares de eltrons
Geometria Molecular
RPECV
61
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Gangorra 1 5
Bipirmide trigonal 0 5
Angular
2 4
Pirmide trigonal 1 4
Tetradrica 0 4
Trigonal planar 0 3
Linear 0 2
Geometria molecular no pares solitrios no estrico
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Geometria molecular no pares solitrios no estrico
Quadrado planar
2 6
Pirmide tetragonal
1 6
Octadrica
0 6
Linear
3 5
T
2 5
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No modelo RPECV:
Regies de alta concentrao de eltrons ocupam posies que as afastam o mximo possvel.
Todas as ligaes se repelem da mesma maneira, independentemente de serem simples, duplas ou triplas.
Os pares de eltrons isolados contribuem para o arranjo espacial dos pares de eltrons na molcula, embora eles no sejam includos na descrio da forma molecular.
Os pares de eltrons isolados exercem uma repulso maior do que os pares de eltrons de ligao e tendem a comprimir os ngulos de ligao.
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Determinao da Geometria Molecular
1. Escreva a estrutura de Lewis da molcula.
2. Conte o nmero de pares de eltrons isolados no tomo central e o nmero de tomos ligados ao tomo central.
3. Use o modelo RPECV para determinar a geometria da molcula.
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Utilize o modelo RPECV para prever a geometria das seguintes molculas:
A SF6
B- AsH3
Desenhar a
estrutura de Lewis
Determinar a distribuio
espacial (o arranjo) dos
pares de eltrons
Determinar a geometria
molecular com base nos
pares ligantes
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Teoria da Ligao de Valncia (TLV)
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71
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TLV: As ligaes so formadas atravs do compartilhamento
de eltrons a partir da sobreposio de orbitais atmicos.
Foi a primeira teoria baseada na mecnica quntica, ela
envolve conceitos como emparelhamento de spins, ligaes
sigma e e hibridizao.
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Sobreposio: significa que os orbitais 1s de cada tomo de H compartilham uma mesma regio no espao.
Distncia de separao
Ene
rgia P
otenc
ial
Estado de maior estabilidade! 73
Explicao da TLV para a formao da molcula de H2
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Formao de uma ligao sigma
Quando dois resultados so igualmente provveis, a mecnica
quntica diz que o verdadeiro estado do sistema uma superposio
das funes de onda para cada possibilidade, onde tem-se uma
combinao linear.
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Formao de uma ligao
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Molculas Diatmicas Homonucleares
Exemplo: Molcula de N2
N N
H duas ligaes pi no N2, uma formada pelo emparelhamento dos spins em
dois orbitais 2px vizinhos e a outra pelo emparelhamento dos spins em dois
orbitais 2py vizinhos. A ligao sigma formada pelo emparelhamento
frontal dos dois orbitais 2pz.
N = [He] 2s2 2px12py12pz1
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Molculas Poliatmicas
Exemplo: Molcula de H2O
angular
H
O
H
Os dois eltrons desemparelhados nos orbitais 2p do oxignio podem cada um
emparelhar com um eltron de um orbital s do hidrognio. Cada combinao
resulta na formao de uma ligao sigma ( cada ligao tem simetria
cilndrica em torno do respectivo eixo internuclear).
O = [He] 2s2 2px2 2py1 2pz1
H = 1s1
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Promoo= Excitao de um eltron para um orbital de maior energia durante a
formao da ligao. A promoo no um processo real no qual um tomo de alguma
forma torna-se excitado, ela uma contribuio a ser considerada para a variao da
energia total quando as ligaes se formam.
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Formation of sp Hybrid Orbitals Formao de Orbitais Hbridos sp
hibridizao
Diagrama orbital para eltrons de valncia do Be
2s 2p
Promoo de eltrons 2s 2p
2s 2p
Hibridizao dos orbitais sp orbitais 2p vazios
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Formation of sp2 Hybrid Orbitals Formao de Orbitais Hbridos sp2
Promoo de eltrons 2s 2p
Diagrama orbital para eltrons de valncia do B
2s 2p
Hibridizao dos orbitais sp2 2p
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Teoria da Ligao de Valncia e a Molcula de NH3
N [He] 2s22p3
3 H 1s1
As ligaes so formadas pela sobreposio de 3 orbitais 2p do nitrognio e um orbital 1s de cada tomo de hidrognio.
2s 2p
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Possvel prever o ngulo correto de ligao
Orbital hibridizado sp3 do tomo de nitrognio da amnia
85
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Formao de Orbitais Hbridos sp3d2
Diagrama orbital para eltrons de valncia do S
3s 3p 3d
Promoo de eltrons 3s 3p 3d
Hibridizao dos orbitais 3d sp3d2
Molcula SF6 : geometria octadrica
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# de pares isolados +
# de tomos ligados Hibridizao Exemplos
2
3
4
5
6
sp
sp2
sp3
sp3d
sp3d2
BeCl2
BF3
CH4, NH3, H2O
PCl5
SF6
Como posso prever a hibridizao do tomo central?
Conte o nmero de pares de eltrons isolados E o nmero
de tomos ligados ao tomo central.
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Orbitais atmicos puros
do tomo central
Hibridizao do tomo central
Nmero de
orbitais hbridos
Forma dos orbitais hbridos Exemplos
s,p
s,p, p
s,p, p, p
sp
sp2
sp3
2
3
4
BeCl2
BF3
CH4, NH4+
linear
trigonal planar
tetraedro 88
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tomo central pertence ao terceiro perodo expanso do octeto!
Orbitais atmicos puros
do tomo central
Hibridizao do tomo central
Nmero de
orbitais hbridos
Forma dos orbitais hbridos Exemplos
s,p, p, p, d
s,p, p, p,d,d
sp3d
sp3d2
5
6
PCl5
SF6
Bipirmide trigonal
Octaedro 89
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90
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91
Exerccio
Descreva o tipo de hibridizao do fsforo no pentabrometo
de fsforo (PBr5)
Configurao eletrnica do P no estado fundamental: P = [Ne] 3s2 3p3
-
O
O
Segundo a Teoria da
Ligao de Valncia, no h
eltrons desemparelhados
na molcula de oxignio
Experimentos mostram que O2 paramagntico
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