Ligações Químicas dentro da Química Orgânica

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QUMICA ORGNICA I

Aula 2Ligaes Qumicas

Prof. Dr. Ricardo StefaniUniversidade Federal de Mato Grosso

Ligaes Qumicas

O entendimento das ligaes qumicas indispensvel para entender a qumica orgnica

Muitos dos fenmenos que ocorrem nas molculas orgnicas depende da diferena das polaridades das ligaes qumicas.

As ligaes covalentes dominam os compostos orgnicos

Ligaes Qumicas

Exemplo: MAIONESEOvo contm lecitina

(molcula ao lado)Emulsificante natural

A lectina possui uma

parte polar e outra apolar,mantendo a emulso (maionese)

Ligaes Qumicas

Tpicos para recordar da qumica geral:Carga formal

Geometria molecular

Orbitais

Ligaes covalentes

Estruturas de Lewis

Foras intermoleculares

Carbono

Carbono um elemento de eletronegatividade intermediria (2,5 na escala de Pauli e 2,7 na escala de Sanderson)

Elementos esquerda do carbono so menos eletronegativo

Elementos direita do carbono so mais eletronegativos

Fonte: Bruice, P. Y, Organic Chemistry 4th Ed.

Ligaes Qumicas em compostos orgnicos

Ligaes covalentes ocorrem pelo compartilhamento de eltrons entre dois tomos

Em princpio, QUALQUER ligao comea a se formar como se fosse uma ligao covalente

Ligaes Qumicas em compostos orgnicos

inicaAcima de 1,7Covalente polarEntre 0,5 e 1,7Covalente apolarMenor que 0,5Tipo de ligaoDiferena de eletronegatividade entre os tomos

Ligaes Qumicas em compostos orgnicos

Em uma ligao covalente polar, o elemento mais eletronegativo possui uma carga parcial negativa, representada pelo smbolo: -

O elemento menos eletronegativo possui uma carga parcial positiva representada pelo smbolo: +

Ligaes Qumicas em compostos orgnicos

Fonte: Brown et al, General Chemistry 3rd Ed.

A Natureza da Ligao Qumica

tomos formam ligaes porque os compostos resultantes so mais estveis que tomos isolados

O carbono forma quatro ligaes covalentes e normalmente obedece regra do Octeto

A Natureza da Ligao Qumica

As estruturas de Lewis mostram os eltrons de valncia como pontos

Os elementos do segundo perodo ficam estveis com oito eltrons na camada de valncia (regra do octeto)

A Natureza da Ligao Qumica

Os eltrons da camada de valncia no utilizados para formar ligaes so chamados de eltrons no-ligantes

Esses pares podem criar momento de dipolo

A Natureza da Ligao Qumica

Esses pares de eltrons no-ligantes podem criar momento de dipolo

Podem tambm dar caractersticas bsicas substncia

Ligao Covalente polar

Algumas ligaes covalente podem apresentar carter inico

So as ligaes covalentes polares A distribuio dos eltrons entre os tomos no simtrica

Ligao Covalente polar

Momento de dipolo

Cria cargas parciais negativas e positivas

Ligao Covalente polar

Momento de dipolo

Podem ser criados tambm por pares de eltrons no-ligantes

Teorias de Ligaes Qumicas

TEORIA DE VALNCIA: Uma ligao covalente formada quando dois tomos se aproximam e seus orbitais ocupados com apenas um eltron se sobrepem

Teoria DE VALNCIA

Os eltrons so emparelhados e atrados pelos dois ncleos. A ligao forma simples, cilndrica e chamada de ligao sigma.

Teoria de Valncia. A ligao no Metano

A ligao no metano:Quatro ligaes C-H do mesmo comprimento

Todas as ligaes tm o mesmo ngulo de 109,5 graus

Geometria piramidal

Teoria de Valncia. A ligao no Metano

Teoria de Valncia. A ligao no Metano. Distribuio eletrnica

Teoria de valncia hibridizao de orbitais

Como todas as ligaes so iguais no metano ?Resposta: hibridizao de orbitais atmicos

Os orbitais da camada de valncia do carbono se combinam para formar quatro orbitais equivalentes em energia s + 3p = sppp (sp3), Pauling (1931)

Os quatro orbitais so simtricos em tamanho e se orientam na forma de um tetraedro

Teoria de valncia hibridizao de orbitais: sp3

Teoria de valncia hibridizao de orbitais: sp2

Orbitais hbridos sp2 : Orbital 2s combina com dois orbitais 2p, resultando em 3 orbitais (spp = sp2)

sp2 esto num plano com angulos de120

O orbital p restante perpendicular ao plano

Teoria de valncia hibridizao de orbitais: sp2

Teoria de valncia ligaes formadas com orbitais sp2

Orbitais sp2 se sobrepe para formar uma ligao

Os orbitais p se sobrepe lado a lado para a formao de uma ligao pi ()

Ligaes sp2sp2 e 2p2p resultam no compartilhamento de quatro eltrons e em condies normais na formao de ligaes duplas

Teoria de valncia ligaes formadas com orbitais sp2

Teoria de valncia hibridizao de orbitais: sp

Os orbitais 2s hibridizam com um nico orbital p resultando em dois orbitais hibridos sp (dois orbitais p ficam inalterados)

Os orbitais sp so lineares, ngulos de 180 no eixo x

Os dois orbitais p restantes so perpendiculares ao eixo y e z

Teoria de valncia hibridizao de orbitais: sp

Teoria de valncia orbitais sp e a ligao no etino (acetileno)

Dois orbitais sp de cada C formam uma ligao spsp

Os orbitais pz de cada C formam ligaes pzpz

Teoria do orbital molecular

O orbital molecular ligante formado combinando lbulos de orbitais p com o mesmo sinal

O orbital formado combinando lbulos de sinais opostos

Apenas OM ligantes so ocupados

Teoria do orbital molecular

Foras intermoleculares

Dipolo-dipolo

Foras de Van der Waals

Ligaes de hidrognios

Foras dipolo-dipolo permanente

Ocorre entre molculas polaresResultado de atrao eletrosttica entre as molculas

Foras podem ser repulsivas ou atrativas

Foras dipolo-dipolo permanente

Neste exemplo, diferena de eletronegatividade entre C e O provocam um dipolo permanente entre C e O

Foras dipolo-dipolo induzido

Ocorre entre molculas apolaresDevido s mudanas nas posies dos eltrons

Mudanas em uma molcula induz mudanas em outras

Ligaes de hidrognio

Resultado de uma interao atrativa entre tomos de H ligado a N ou O e um para de eltron no compartilhado em outro tomo de O ou N

Polaridade das Molculas

Refere-se s concentraes de cargas nas nuvens eletrnicas das molculas, molculas apolares posuem nuvens assimtricas, o que faz com que hava uma distribuio no uniforme da nuvem eletrnica.

Propriedades das Molculas

As seguintes propriedades so afetadas pelas foras atrativas das molculas:Ponto de Ebulio

Ponto de Fuso

Solubilidade

Densidade

Ponto de Fuso e Ebulio

Quanto mais fortes forem as foras intermoleculares, maiores sero os pontos de fuso e ebulio da molcula

Assim substncias inicas tendem a ter ponto de fuso e ebulio maiores que os das substncias polares, que por sua vez tendem a ter pontos de fuso e ebulio maiores do que as substncias apolares de peso molecular e tamanho semelhantes.

Quanto maior a superfcie de contato, mais eficientes sero as foras de van der Waals

Solubilidade

Substncias apolares tendem a dissolver substncias apolares, enquanto que substncias polares tendem a dissolver substncias polares e substncias inicas

Semelhante dissolve semelhante

A Estrutura qumica e a presena de ligaes polares e apolares afeta a solubilidade de determinada substncias em diversos solventes. A escolha do solvente ideal para molculas pode ser uma tarefa trabalhosa.

A gua o solvente universal

A gua o solvente universal

#squeno

A gua o solvente universal

A gua um excelente solvente polar para substncias orgnicas polares de baixo peso molecular, como o metanol, etanol, cido frmico, cido actico, dentre outros. Contudo essas molculas orgnicas possuem uma parte polar, solvel em gua e uma parte apolar, insolvel em gua.

a que as coisas podem complicar!

Solubilidade em gua

Substncias tem que possuir grupos inicos ou polares

A parte apolar destas molculas composta pelas cadeias de carbono e a medida que estas aumentam de tamanho, a solubilidade em gua diminui

Com a diminuio da solubilidade em gua, aumenta a solubilidade em solventes apolares.

Densidade

Substncias orgnicas tendem a ser menos densas que a gua

A presena de tomos com massa atmica elevada aumenta a densidade das substncias orgnicas