Disciplina: Química
Profª: Alda Ernestina
25/06/20151
Pré-Vestibular Samora MachelUniversidade Federal do Rio de Janeiro
Polaridade, geometria molecular e ligações intermoleculares
Geometria molecular
Teoria da repulsão dos pares de elétrons da camada de v alência
“Ao redor do átomo central, os pares eletrônicos li gantes e os não ligantesse repelem entre si e se afastam ao máximo uns dos outros”
Retrata o arranjo tridimensional dos átomos em uma molécula,ou seja, a forma da molécula
.. ..H O H
H
O
H
.. ..
180°104.5 °
Na molécula de água os pares de elétrons não ligant es do oxigênio se repelem, diminuindo o ângulo da ligação de 180° para 104.5 °
A geometria molecular então depende de dois fatores , a quantidade de átomos ligados ao átomo central e a presença de pares eletrônicos não ligan tes
Moléculas com 2 átomosA geometria de uma molécula com apenas 2 átomos será sempre LINEAR
FH H Cl
O O
Na geometria linear o ângulo de ligação é de 180°
Moléculas com 3 átomosA geometria de uma molécula com 3 átomos pode ser:
Na geometria angular o ângulo de ligação é de 116.8° quando há um par não ligante e de 104.5 ° quando há 2 pares
LINEAR – se o átomo central NÃO apresentar par de elétrons não ligantes
O C O H C N
BeH2 CO2 HCN
ANGULAR – se o átomo central apresentar um ou mais pares de e létrons não ligantes
O
H H
S
O O
O
O OH2O
SO2 O3
.. .. .. ..
Moléculas com 4 átomosA geometria de uma molécula com 4 átomos pode ser:
TRIGONAL PLANA – se o átomo central NÃO apresentar par de elétrons não ligantes
TRIGONAL PIRAMIDAL – se o átomo central apresentar par (es) de elétrons não ligantes
.... ..
B
H
HH
S
O
OO F F
F
B
BH3 SO3 BF3
N
H
HH
P
Cl
ClCl
NH3 PCl3
120°
Ângulo de 107°
Moléculas com 5 átomosUma molécula com 5 átomos apresenta geometria TETRAÉDRICAformando um ângulo de ligação de 109.5°
CH4
H
H
H
H
C
CCl4
Cl
Cl
Cl
Cl
C
109.5°C
Compostos orgânicos que apresentam somente ligações simples apresentam geometria tetraérica
Moléculas com 6 ou 7 átomosUma molécula com 6 átomos apresenta geometria BIPIRÂMIDE TRIGONAL
Uma molécula com 7 átomos apresenta geometria OCTAÉDRICA
PCl5
SF6
Vamos praticar?
Eletronegatividade e liga ções qu ímicasEletronegatividade – é a capacidade que um átomo tem de atrair para sios elétrons que ele compartilha com outro átomo em uma ligação covalente
Quanto maior a eletronegatividade maior a força com que o átomo “puxa”para si os elétrons compartilhados
Polariza ção das liga ções
A polaridade de uma ligação é expressa pela diferenç a de eletronegatividade (∆) entre os átomos ligados e de acordo com seu valor podemos classificar as ligações em:
O acúmulo de cargas elétricas em determinada região é denominado pólo e pode ser de dois tipos
maior concentração de elétrons
menor concentração de elétrons
∆= 0 ∆ = 0,1 até 1,7 ∆ > 1,7
Toda ligação iônica é polar , pois produz íons
Liga ção covalente APOLARApresenta momento dipolar igual a zero ( µ = 0), ocorre quando dois átomos iguais se ligam
∆ = 2,1 – 2,1 = 0
∆ = 3,5 – 3,5 = 0 ∆ = 4,0 – 4,0 = 0
∆ = 3,0 – 3,0 = 0
F2
H2
O2
H H Cl Cl
Cl2
O O F F
Como os átomos que se ligam são iguais a eletronega tividade é a mesma e nenhum “puxa” mais os elétrons do que o outro
Liga ção covalente POLARApresenta momento dipolar diferente de zero ( µ ≠ 0), ocorre quando dois átomos diferentes se ligam
H Cl
∆ = 3,0 – 2,1 = 0,9
H Cl+δ -δ
H F
∆ = 4,0 – 2,1 = 1,9
H F+δ -δ
C O
∆ = 3,5 – 2,5 = 1,0
C O+δ -δ
Neste caso o átomo mais eletronegativo sempre “puxa ” mais os elétrons do que o outro e o momento dipolar ( µ) é orientado no sentido do átomo menos eletronegativo para o mais eletronegativo
µ µ µ
Vamos praticar?
Eletronegatividade: H = 2.1; Cl = 3.0
Eletronegatividade: S= 2.5; H = 2.1; C = 2.5; Na = 0.9
Polaridade das moléculasAs moléculas também apresentam polaridade, que depe nde do tipo de ligação química (polar ou apolar) e da geometria mo lecular
Uma molécula polar apresenta pólos, devido à distrib uição desigual dos elétrons nas ligações que as compõe e sob a ação de um campo elétrico se orientam. O mesmo não ocorrem com as moléculas apolares
Moléculas ApolaresApresentam momento dipolar resultante igual a zero ( )
Uma molécula será apolar quando:
1) Todas as ligações que a compõe forem apolares
2) A soma total dos momentos dipolares for igual a zero
Ligação apolarH2
Molécula apolar
Ligação apolarCl2
Molécula apolar
Ligação apolarO2
Molécula apolar
H H Cl Cl O O
CO2, BeH2 e BF3 apesar de apresentarem ligações polares são moléculas apolares devido a geometria molecular, pois em ambos os casos os vetores se anulam
Moléculas PolaresApresentam momento dipolar resultante diferente de zero ( )
Molécula de HF é polar
Molécula de CHCl 3 é polar
NH
H
H
H F O
H H
C
H
Cl Cl
Cl
µ = 1.91 D
µ = 1.84 D
Molécula de H 2O é polar
Molécula de NH 3 é polar
µ = 1.48 D
E a molécula de metano (CH 4) é polar?
.. ..
..
Vamos praticar?
Eletronegatividade: Si = 1.8; O = 3.5; C = 2.5; Cl = 3.0; P = 2.1; H = 2.1; Be = 1.6
Forças intermoleculares ( ligações intermoleculares )� Forças que mantém as moléculas unidas em um compost o covalente
�Determinam as mudanças de estados físicos
�São de 3 tipos: forças de London; dipolo-dipolo per manente e ligações de hidrogênio
O éter evapora mais rapidamente do que a água, pois a força intermolecularque mantém suas moléculas unidas é mais fraca
Então dizemos que o éter é mais volátil (evapora mai s rapidamente) que a água
Forças de London (dipolo instantâneo – dipolo induzido )
Esse tipo de força intermolecular ocorre entre molé culas apolares
Uma molécula mesmo sendo apolar, devido ao moviment o dos elétrons pode momentaneamente ficar polarizada e por indução elét rica provocar a polarização de uma molécula vizinha
Molécula apolar
Molécula apolar
dipolo instantâneo dipolo instantâneo
Surge então uma atração elétrica muito fraca que ma ntém as moléculas unidas
Por serem forças muito fracas, as moléculas unidas por este tipo de força apresentam baixos pontos de ebulição (são voláteis) e constituem geralmente substâncias gasosas
H2, O2, N2, CO2, CH4, Cl2, He, Ne, Ar
As forças de London são as forças intermoleculares mais fracas que existem e são tamb ém conhecidas por for ças de VAN DER WALLS
Forças Dipolo – Dipolo (dipolo permanente)Esse tipo de força intermolecular ocorre entre molé culas polares
O pólo negativo de uma molécula atrai o pólo positi vo da molécula vizinha, de forma que a molécula apresenta um dipolo permane nte
Esse tipo de força intermolecular ocorre em substân cias polares como:
HCl, HBr, H 2S, CO, CHCl3, SO3
As forças dipolo-dipolo permanente são cerca de 10 vezes mais fortes que as forças de London e por isso provocam pontos de ebul ição mais elevados
HCl P ebulição = 50.5 °C
H2P ebulição = - 252.8 °C
Forças dipolo-dipolo permanente Forças de London
Liga ções por pontes de hidrogênioTipo especial de ligação dipolo-dipolo permanente q ue ocorre em entre moléculas que apresentam átomo de hidrogênio ligado s á átomos muito eletronegativos como: FLÚOR, OXIGÊNIO ou NITROGÊNIO (FON)
É o tipo de força intermolecular mais forte que há e ocorre em substâncias polares como:
HF
NH3
H2O
Vamos praticar?
Vamos praticar?
Ligações por pontes de hidrogênio e os cabelos
Os fios de cabelos são formados por proteínas, prin cipalmente queratinaO formato do cabelo depende das forças intermolecul ares que atuam na queratina, que são de dois tipos: pontes de hidrogênio e pontes de enxofre
A alta temperatura do secador ou da chapinha ésuficiente para romper essas ligações, tornando o cabelo liso e pronto para ser moldado
Princípio de funcionamento dos alisantes
Os alisantes são formulados com ácidos ou bases capazes de romper as ligações de enxofre do cabelo, permitindo moldá-lo
Forças intermoleculares e ponto de ebuliçãoPara que uma substância entre em ebulição é necessár io que as forças intermoleculares sejam rompidas.
Dois fatores interferem no ponto de ebulição das su bstâncias covalentes:
1) Tipo de força intermolecular – quanto mais forte for a interação, maior será o ponto de ebulição da substância
HCl
H2
Aumento do ponto de ebulição
H2 H2 H2O
Peb = -258,8 °C
Peb = 50,5 °C
Peb = 100 °C
Forças intermoleculares e ponto de ebulição2)Tamanho da molécula – em moléculas com o mesmo tipo de interação quanto maior a molécula, maior será o ponto de ebuli ção
CH4
CH3CH3
CH3CH2CH3
CH3CH2CH2CH3
CH3CH2CH2CH2CH3
CH3CH2CH2CH2CH2CH3
Forças de London
Tem
pera
tura
de
ebul
ição
CH3OH
CH3CH2OH
CH3CH2CH2OH
CH3CH2CH2CH2OH
CH3CH2CH2CH2CH2OH
CH3CH2CH2CH2CH2CH2OH
Ponte de hidrogênio
O ponto de ebulição aumenta com o aumento do tamanh o da cadeia
Vamos praticar?
Forças intermoleculares e solubilidadeO tipo de força intermolecular também influencia na solubilidade das substâncias covalentes, que geralmente obedece à regra do “ semelhante dissolve semelhante ”
H2O e etanol se misturam pois o etanol é capaz de fazer ligações de hidrogênio com as moléculas de água
H2O e óleo não se misturam pois o óleo (forças de London) não é capaz de fazer
ligações de hidrogênio com a água
Mas por que o etanol que é polar se mistura com gaso lina?O etanol apesar de ser polar é solúvel tanto em água (polar), quanto em gasolina (apolar) pois contém grupos apolares e pol ares
CH3 CH2 OH
Parte apolar (Solúvel em gasolina)
Parte polar (Solúvel em água)
Quanto maior a cadeia carbônica menos solúvel em ág ua
Etanol – solúvel tanto em água quanto em gasolina
CH2 CH2 CH2 CH3
OH
Parte apolar (Solúvel em gasolina)
Parte polar (Solúvel em água)
Como a parte apolar é bem maior que a polar, o butanol é insolúvel em água
São vitaminas insolúveis em água pois apresentam gr ande cadeia carbônica e poucosgrupos polares capazes de fazer ligações de hidrogê nio com a água
Vitaminas Lipossolúveis
OH
CH3 CH3CH3 CH3
CH3
CH3 CH3
CH3
CH2
OH
CH3
O
OH
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3CH3
CH3
Vitamina A
Vitamina E
Vitamina D
As vitaminas A, D e E são apolares e por isso liposso lúveis (solúveis em gorduras)
Vitaminas Hidrossolúveis
N
N
N+
S
OH
CH3
NH2 CH3
N N
NH
N
OH
CH3CH3
O
O
OH
OH OH
O O
OH
OH
OH OH
São vitaminas solúveis em água pois apresentam muit os grupos polares capazes de fazer ligação hidrogênio com as molécula s de água
Vitamina B1
Vitamina B2
Vitamina C
As vitaminas B1, B2 e C são polares e por isso hidr ossolúveis (solúveis em água)
Vitaminas Hidrossolúveis
N
N
N+
S
OH
CH3
NH2 CH3
N N
NH
N
OH
CH3CH3
O
O
OH
OH OH
O O
OH
OH
OH OH
São vitaminas solúveis em água pois apresentam muit os grupos polares capazes de fazer ligação hidrogênio com as molécula s de água
Vitamina B1
Vitamina B2
Vitamina C
As vitaminas B1, B2 e C são polares e por isso hidr ossolúveis (solúveis em água)
Como funcionam os sabõesOs sabões são produzidos a partir da reação entre ó leos graxos (gorduras) ou óleos vegetais e uma base forte (NaOH) e por esse m otivo apresenta duas partes, uma lipofílica (solúvel em gordura) e outr a hidrofílica (solúvel em água)
Solubilidade dos gases em águaA maioria dos gases têm suas moléculas unidas por f orças de London e por este motivo apresentam baixa solubilidade em água, pois interagem fracamente com as moléculas de água
Nos refrigerantes o CO 2 é solúvel pois está a alta pressão dentro da garrafa
Mas então como são feitos os refrigerantes?
Vamos praticar?