/

ao unidâdô 3 - OsoÌbitais híbÌidos

Copfrulo 2O corbono no espoço

lnlÍoduFoVocê já sabe que o átomo de carbono é tetravalente, ou seja, estabelece quatro pâres

eletÍônicos em suas Ìigações covalentes com outros átomos. Veja:

_H H'.Ci iC..H oü H-C=C-H

H

H-C

È

H ". C . , H ou

Desde o século XIX já s€ sabia que o carbono étetravalente; assim, desde essa data os cientistas já sepÍeocupavam em saber como essa. quaLro ligaçòes ,edispõem no espaço.

Desse modo, os cientistas Le Bel e yan't Hoíflançaram, €m 1874, uma teoria segundo a qüal asquatro ligações do caÍbono se dirigem para os vérti-ces de um tetraedro regular em cÌrjo centro se situa onúcleo do carbono.

Assim:

O telÍaedro reguÌar é umsóljdo geométrico Ìimitado porquatro fâces que são triângulos eqìiiláteros congruenÌes.

Segundo essa concep-çào, as ligâçôes se estabe-Ìec€m com urn ânsulo de109'28' . Veja ao lado.

í852 r9t1).NasDeu e.n no srdaÍr na Holandã. Est!

dou nas Univssìdãdes de Bonn, Paiis eUlrschl. Foi um dB lundad0Íes dâ modemaFísiccquímica, e enl,e ãs suas contíihuiqõesplE a ciència dsíâ@mos * leis das ísa.ções qulmicas, dos oquilíb'i0s químicos, dassolutôes e da pressâo osmóticâ-

fnunciou, en 1871, juntamente com l,,4 uína teo a segundo a qual a atividsdeóplica dos D0mpostos se d*e à eÍistência

CorÌ 3$a leük, su4e a idéia dã Blrulüla espacial, üja comprcvaçâo êrpe mcnlll Íoi Íeita pela pdmeiE wz poí Loris

'0,"r, , . ' f . , , '0r", , ,,rrf\ì;;

ffi Exercícrbs reso/yldosEnll Utilizando o modelo dê Le Bel e Vân't Hoff, .eDresentar a molécuta:

HHl l

HCCCIl lHH

F

' - Ì

cáplrulo 2 - O caÌboDo no espaço 81

Cada álomo de caòono é represêntâdo por um t€trasdro. Assim:

Note que os tetraedros se ligam aíavés de um vérti.t ce. Logo:- ligâçào simpl€s = um vénice

HH

ER2) Reprcsentâr, âÍâvés dê têtrâedÍos, a molécula H -

R€solução:HBr

C:C-BrlHH

ER3)

H

Fazer a fepresentação espaciã|,

Nots qus os tstraedros se ligam através de dois vérti-

ligâção duplã -

dois vónicês (uma afesta)

âtrâvés do têtra€dfo, da moléculâ H C = C -.

Note quê os têtraedfos se ligam âtravés de três vérti

ligação tdpb -

Íès vértices {uma face)

f,42) RepÌ.smte esDaciâìncnle,Hg

â)H-C-C-OHIHCI

ülilizando o tetüedÌo, as noìécìlõlHCI

b) H-C C=C-C-Cì

ffi ExercÍclo de oprendizogem W 1

A hibÍidoÉoA concepçâo através do tetraedro representando o carbono, idealizadâ por Le BeÌ e

Van't Hoff, é válida som€nt€ como uma pÍimeira imagem da estÍutura dos compostos or-gânicos, pois as concepçõ€s adotadâs hoje para explicar a estrutura desses compostos ba-seiam-se no fenômeno da hibÍidacão.

A hibÍidação consiste numa "mistura" de orbitais atômicos puros. Assim, os orbitaisatômicos híbridos surgem da fusão de orbitâis atômicos puros, de taÌ modo que esses orbitÂis hibridos sejam equivalentes entre si e diferentes dos orbìtais puros originais.

vejaúos o caso do carbono:O caÍbono apresènta número atômico 6 (6C). Então, sua distÍibuição eletrônicâ é a se'

óc + ls'1 2s'? 2p'

E tr ['fifl

H

c)H-c c:c H

HHH

r-

gumte:

p* py p.

82 Unid€d€ 3 o3 oÈibis hÍb dos

\o leque. de acordo com a disLr ibujcão ete_lrónica, o átomo de caÍbono deveria sir bivalente, pois apresenta soment€ dois elétrons emoÍbitais p, e pr disponíveis para formar DareseÌetÍônicos. No entanro, sabemos que o càrbo-no eslabeìece nos compostos quatro p:rÌe\ ele_ÌÍonicos, ou seta, e tetravaìente.

Como explicat esse :fctío?

A explicação se dá através do feÍômeno da hibridacão. Veja:

d"çâ:,ï1::Ë::i:'p"Ítir desse estado ativado que podem ocoÌrer os três ripos de hibri

Analisemos, então, cadâ um del€s:

l) Carbono com quatro iigaçaes sinpns:

, As estruLuÌas de compoçlos em que o carbono apreçenta qualÍo l igaçóes simples sào e\_plicadas através de uma hibridaçào sD!:

6C + ls7 2s1

ta til.r-- ' . r - -+ '.ii,"

fl hibndàçâo spt: ..nistüra,, de um orbÍar s e três orbirais p

quaÍo oíhilâis híhridos 39'

2p"

O átomo de carbono, no estado fundamenÍal, apresenta a configuração:

6C + ls: 2s, 2pt

Lt_ll |l.lj tr tÌ | I

Mâs essa configuração não explica o fatoo€ o caÍbono apresentar quârro ljgaçÒes.vamos rmagln:rr, então. um salto de umelétron do subnivel à para o subnivel2p.

O salto do elétron do sübníveì 2s Darâ o2I recebe o nome de p/omoção, e: comoere Íequer energla, o átomo de carbono fi_.a n'um estado atiradol

2s' 2p'

I t l l r l t I I

, " s.-r

Nore que. nesse estado ativado, o áromode carbono fica com quâúo elètÌons dis-poniveis, tornando possiveis as quatro lj_

Câphulo 2 O câÍbônô nô Bspaco 83

ObseÍve:

2s

2p.!r

Eesrâd0 Ílndamentãl do caôono

2s

ls

0s"28

E$a esfuÍurã podc serrepresentadâ por: xc ' -c-

esquema esquenade Lewis dc Kekulé

ra'. originaDdo quatro orbÍaÍ hrbridos.

, Ia -'

Eíes qüâtroorbitais (umorbitâl s errês orbìtais p) sofÌen una 'nisrura". orisinaDdo quatro orbìlan hi

7p

t- ' ìquatro orbÌais hibridos spr' \

i2p

2s

eslado allvad0 do caíb0io

i;;ü;;;il,;",;lfl3enr5e pdÍr osúredro Íegulú. E.\es orbitd r

I l:ïa ïiï'l:i: 19ï,li_..1A bibridação spr é a que ocorre

com átomos de carbono qüe estabele-cem exclusivamente ligações simpÌes.Segundo esse modelo, a molécula CH4é repÍesentada por:

Observe que as qua!Ìo ligações são equivalenlesCada uma delas é uma ligação covalente comum, sim_ple.: ponanro. uma l igação ( igma (o) que ocorre enlÍeo orbiral hrbr ido spr do carbono e o orbi lal s pur o dohidrogênio. E uma ligação do tipo oÍr..

H

C,'

H

H

CI

H

H."

H_

H

H

84 und.a. s os orbhêts hÍb dos

2) Carbono com ums úiica tigação dupllliAs estruturas em qu€ o carbono aprcsenta uma ligação dupla e duas simples são expli

cadas através de uma ,ibidaçìío spz. Assim:

óC - lsz 2s' 2p'

l ' l trTtT.-.T]-

$ hibri.taçào spt: .,úislura,' rle un orbiÌat s e dois orbnais p

rÉs oúihis híbidos spr

ObseÍve:

.Zt

2s

ruta-L! l

esrado âlivado do caÍbono

Zp

.H

2s

i!

Os 1Ìês orbitah hÍbridos spl siÌuam senuÕ nesno plano e fornan ün â.-sulo de 1200, €nqüanro o orbitâl ppüro colocâ se p€rpendicularnenr â

Ç*;;,",.*"; ;-_ lI ,epreedadâ pü:

IÌ 6quema êsquema

L,_* _, _*t1."::_9.M1_ Á hibddação sp'é a que ocorÍe com átomos de caÍbono que esrabelec€m uma ligaçãoouprâ.

Segundo esse modelo de hibridação, a molêcuÌa de um composto denominado ereno,constituido por doh átolhos de carbono e quarro átomos de hidrogênio, pode seÍ represen-

H\ -Ha lc:c ' - _H

h

ashdo lunünmtal do câÍbono

iì

tada por:

caprulo 2 o .ârbono no ê,paço 85

A dupla ligação entre os àromos de carbono èconstitLrida por uma ligação sigma (o) en!Íe os orbi-rais hibridos spr e uma ligação pi (Í) entre os orbitaisp puros. A ligâção enúe carbono e hjdÍogênio é liga-çào sigma entre o orbiial hibrido spr do carbono e oorbìial s do hidrogênio; poÍanÌo, uma ligação do tÌ-

3) Orbono com duas ligações duplns ou com uma ligaÇão íripÌa:

As estrüturâs €m que o carbono apresenta duas ligações duplas ou uma ligação tripla euma simples são explicadas atavés de uma ribliddçAo sp. Assim:

6C + 1s'

' 'nisÌüra" de un orbitaÌ s e un orbital p

Observe: e,i., i"* i'"i'"r.i'. ".ti'"i' le un orbiÌal p) sofrer una''nntura", odgi.ando dois oFbnâis hibÍidos.

. ì i

2si 2pt

h- til-Tr

I I hibÍidaÇão spi

; : Ï

eslado Iundamenlâl d0 caÍhono eslâd0 alivado d0 ca'bono

!-T-T-l Zp

6,,

,,i E

unidade 3 0sobitais hrbridos

H.' C i i c ' . H

H-C=C H

A tripÌa ligação entre os átomos de carbono éconsiituida por uma Iigaçâo sigma (o) enÌre os orbiraishibridos sp e duas ligações pi (n) emre os orbitais p pu-ros. { I igaçào entre carbono e hìdÍogènio è t igdçáo \ ig-ma entre o orbìtal sp do carbono e o orbiral s do hidro-gênio; portanto, uma ligação do tipo o"e

".Resümindo os três tipos d€ hibÍidação, temos:

riiiii:iÍ Fxercíclos Íeso/vrdos r!ìì!iiiiiiiìììiii]..,'i',ii,ì iï,i:ti:'iÍrii,,i,.iiÌiiiiliiiiìilliiiii:,ìiiiiiER4l Indicar o tipo de hibridação sofrida por cadê átomo de cafbono e o tipo de cadâ uma das

ligaçÕes estabelecidas em:

Os âtomos de ca,bono que estaÕetecem só igacões simp,es àpresenrãm hib dacào sD3.enqlanto aqGles quê stabetecem dma t igacão dup a apresenlàm hiorddçãospr,

Segundo esse mod€lo dehibridação, a molécula deum composto denominadoetiro, constituido por doisátomos de caÍbono e doisátomos de hidrogênio, podeser representâda conformeÍìgum âo lado.

so3 H sp'? sp':

HHH

HHH

I,igâCao -

-c-I

sp' 109028, qüatro ligaçõeí simpÌes ou quatroligações o

120"uma Ìigação dupla eduas ligações simples outrês ligações o e uma ligaçào Í

180"uma ligação tripla euma ligação simples ouduas ligações o e duas ligações r

sp 180. duas Ìigações duplas ouduas liAações o € duas ligações t

capruo 2 o caÌbono no ô.pêço 87

EB5) Indicaro, t ipodehib dâçã9de csdâ carbono nâs moléculas, e ot ipodas l igaçõosa, b€ c:n t - r

a)H-C:C=C:H bl H-C C6C=C"H

H,H H

Cârbonos quê estâbêlêcêm só lisâções simples * sp3jCaÈonos qu€ sstab€l€cêm uma ligação dupta - sp'z;Carbonos que estabelecem uma ligação úipla ou duas ligaçóes duplas + sp.

H sp3 sp spt / / /

a) H-C-C=C-HI

H sp3 sp2 sp sp2

lr/ "/ "/

//b) H C C:C=C H

Èi Hâ: ligãção n

HI

c) H-C -C:C-C:C-Hr t Ì1HHHHH

HH\7

ru- l rc: " -144tÍ i t -n l"

H_C_HIH

l lHIH

H_C_HIH

EÂí) ReconhEa o tipo de hibndação d. cada cdbotro Í$ $lrülura&

ItHHl l

a) H-C -c=C-C -H b) H-c -c:C-C=C-Bl l l lHHHHH

r--

W EYelcícios de aprcndÀogem WE l) vedfiquô o npo de hibridação de cada álono de ÉÌbono, nâs scguiÍles Ínolftulas:

HH

a) H-c -c:C-€ -Hl l l lHHHH

EÁ4) Dê o noÍne dn ligaçõls r, b, c e d:

Ht . "

a)Haclc+c-Htt ' lHHH

HHHl l l

â)H-C--LC:c-Hl l . . lH I ' H

H-C_H

ü

E 5) Dê o nome dâr lisaçõ.s indicâda! por r, D, r c r:

b) H-C:c-oHl r .HCÌ

í

88 unia"a" g - o" o,oitui" t'tutiao"Tl

)

ì

Í

;

lIj.Ìr\:l

IIl

Iï

t

HI]E, - t | |

b) l l -C=C -c:C-H c) H-C 1c=clC lHl" l lH HH H H

IHH

II

:

ii

tttt:

tI

t

D q vdinque quaíta! lk9õ€s sisma € pi extu&n Ms estrwuns:

EÂ7) Detrmim quântls liga!õ€s siSmâ c i exbr.n !ê $rÍÌraun:

HI

I I -C=C-C:c-C-Hr l l l lHIII IEH_C_H H_C_H

E E) D€ o none dâr lisades r, b c c:

HI

a)Hacac=ciHIH

HHHl t Ì

a)H C-C=C C-O-C-H

i a-ó-Ì{ HIH

HHt l

E_ _C=C. _Hb' _c-_ lc l

H C=C- _H

HH

IIH

HI

4 H_C-c : c:C_c=c_Ht Ì ÌH]Ht t -c-H

IH

HH

H-C-C-Hl l

b) H-C-c-c=C*C=C-Eìt t lHHHH

EA10) Indique a hibridEão aprelrntada petos caóoms nar $sühtes notécutâs:

HH

c)H-C-c = C = C-c-g

H_C_H H_C_H

EAU) Verifiqüc qumtas üSaçõa, iisna e pi exjsten nd noleculas abaixo:Hh

, . , , '^ ^zo H brH-c=c--c=c -n- l - "

oH-(-c\ | I i | |I O C-H H H H_(_HHHll

Hg

HHIJ

, . , . ^ .2 ' ' \ - , ,

! /n-r !

l lHH

capruo 2 o c,bono no Apsço 89

A geomelÍio dos molëculosceometria de uma molécula é a disposição dos átomos no espaço, considerando unica-

mente a posição dos núcleos.Vamos considerar âlguns casos: .

l) Mo lécula C,H 6 (etano).

Note que:o ângulo entre as lìgações é de 109" 28';a distância-C - C é de 1,54 A (A (angstrtjn):1À = 10 " cm);adistânciaC - H éde 1,10 A.

2) Mo lécúla C tH 6 (propa no).

Note que:o ângulo entre as ligações é de 109"28';adistânciaC - Céde 1,544;adistânciaC - H éde 1.10 Aios átomos de carbono se ligam em ziguezague, enão em linha reta.

t-

90 unidade 3 0s orbúas hrb'idos

3) Molécula C,Ha kteno):

4) Molécula C,H. (etino):

Note que:o ângulo enrre as ligações é de l20o;a distância C: C é de 1,34 À;adistânciaC - H é de I , l0 Àia ligaçâo dupÌa fica num plano perpendicularao das ligações simples;todos os núcÌeos dos carbonos e doshidrogênios se localizam no mesmo plano;logo, trata se cle uma molécala plana.

Note que:

o ângulo entÍe as ligações é de 180ô;a distância C = Céde 1,20 Á;a distânciaC - Héde 1,06 Á:todos os núcleos dos carbonos e doshidrogênios se locaÌizam no mesmo Dlano(moÌécula plana). Entretanto. esses núcìeosestào todos na mesma reta. Logo, trata sede vma molëcula linear.

91

5\ Molécula C3HabÍopadìeno ou aleno)l

Note que:o plano qüe contém uma ligação dupÌa éperp€ndicular ao que contém a outra dupla;o plaÍo qüe contém os dois hidrogênios deum carbono é p€rpendicular ao que contémos doìs hjdrogênios do outro carbono.

t 'i!.i!:li Exercícios complemenÌares ililiiliìiÌiìiiiiiiìiìiiiiiiliìiiiì:!!:illiiiillllìiÍiiììiliì:i;iiÌii

' t ) (PUC-MGì aestÌutuâ N

)c:

a) ânqulode 1S0'entÌeos carbonos 1e 2

b) um carbono hibr id izadosP3.

c) dols radicais met i l l igadósà cadeia pr incipal

I

I

d) Íês !isaçóesdôtjpo s sp'?,

e) ôi to iqaçõessismãe úma p

t-

92 Untdãdê 3- 0s orbrlais hrbridôs

2) (MACK-SP|Do mertol . cujatorÌutá ëslrururôte C

a) é um Ísnol ramificadô.b) apÍesêntãÍórnulamolècularCloHrO.c) possui.ãdicais metil eisoblril.

3) {UECE) S€mpre que houvercãrbo.oá) duas ligaçóes sigmã e duaspi.b) três liqâçóessigmâe uma pi.

hibridizado sp deverão apa.ecer nêsse carbono:

/cC \ C

, podemos dizer quê:

d) todos os câfbonos são hit].idos sÉe) ápresõnta cadeia carbônica aromáticá

c) uma ligaçãosigma eÍés pi.d) quaÍo ligaçóes sigma.

d) ánSulo de l20o ênÍe os hidrosênios,e) uma l igaçãosigma sp.

4) (UFRS)Osás mostardá, sulÍetode 2,2 dictoroetita I{Ct CH, - CH2},SÌ, é u m dos produtos usados en,gueiiâ quínica, Esie composto apresenra as seguintes tigãçõès químicás:á) câtorze covãl€ntes,todas dô ripo sigma,b) dozecovalentes, sendo dez sigma e duas pi.cl doze covãlentes sisma eduas iônicas.dl dozecovalenres íde/s isms eduas pi)ê dúi iônkàs.6) dez @vâl€ntes, duas iônicase dlas metáticâs.

5l {MACK-SP) O mëtãnol (H3C OH)ôpresenta:

a) quaÍo ligaçóes sigmâ dotipo s sp1b) duas lisãçõescovalentes pi.c) somente um8 rigaçãosishã p-sp,

6, {|ME-BJ) No composto, q ue é usadocomo essência de timão, cuja tórm utã é:

çH3

, .cH,c- \ctt

H,c\ ^_zc

: o

lc

t t ,C- \cH.

a) sête cárbônos sp3 e quâtro csrbonos sp2;b) sêis carbonos spr e quãrro c6rbonossp;c) seÌê ràrbonos sp'etrés Grbonos sorjd) cinco cãrbonos sp3ecinco carbonossp,;

7) (UFSM-BS) A esrrutu ra abâixo representâ â dettameÍina, que é um dos inseticidâs máis difundidôsãtualmsnte è que participa da cÒFtitu ição de produtos cohuns, como Jimo, Burox, enÍe ouÍosl

CH.

t-"-t@"@"B,-

'C:cHsr l I H

N€ssa estrutura, âpÍësenta(m) hibidização sl o(s) côÍoonors,: