Slide - Aula 18 - Ligação Covalente - Modelo de Lewis - Química Geral - 2023-1

Disciplina: Química Geral 2020 Universidade Federal de Minas Gerais Instituto de Ciências Exatas Departamento de Química Ligação Covalente: Modelo de Lewis Aula 18 Ligação Covalente ▪ Gilbert Newton Lewis (1875 - 1946) - 1916 ✓ O modelo de Lewis para a ligação química foi proposto antes de se conhecer a estrutura dos átomos, como a conhecemos atualmente. 2 Fotografia de G. N. Lewis, tirada por Michael Kasha, em 23 de outubro de 1945. Fonte: <https://www.lib.berkeley.edu/uchistory/archives_exhibits/in_memoriam/images/larger/lewis_gilbert.jpg> Acesso em 17 julho 2020. Ligação Covalente: Definição ▪ O que é a ligação covalente? ✓ Segundo Lewis, uma ligação química covalente é caracterizada pelo compartilhamento de elétrons entre os átomos. ✓ A tendência é que os átomos adquiram a configuração eletrônica de um gás nobre, com oito elétrons no nível de valência (Regra do Octeto). ✓ IUPAC: uma região com densidade eletrônica relativamente alta entre os núcleos, que surge, pelo menos em parte, do compartilhamento de elétrons e dá origem a uma força de atração e a uma distância internuclear características. (McNaught e Wilkinson, 2019) 3 Ligação covalente: a molécula de H2 4 Ligação covalente na molécula de H2. (a) Forças atrativas e repulsivas na molécula de H2 e (b) densidade eletrônica na molécula de H2. Fonte: Brown et al, 2016. Ligação covalente: Símbolos de Lewis ✓ Os símbolos de Lewis para um átomo consistem no símbolo químico do átomo mais um ponto representando cada elétron de valência. 5 Fonte: Brown et al, 2016. Símbolos de Lewis para os elementos representativos da Tabela Periódica. Ligação Covalente: Estruturas de Lewis 6 ▪ Moléculas diatômicas ✓ Determinar o número total de elétrons de valência para a molécula. Cl2 (14 e−) ✓ Ligar os átomos: um traço representa um par de elétrons compartilhados. ✓ Colocar os elétrons restantes, aos pares, nos átomos que estão ligados. ✓ Verificar se os dois átomos completaram o octeto (8 elétrons ou 2 elétrons no caso do átomo de H). ✓ Caso necessário, redistribuir os elétrons (ligações múltiplas) até que cada átomo complete o octeto. Ligação covalente: Estruturas de Lewis ▪ Ordem de ligação (OL) 7 ✓ A ordem de ligação indica o número de pares de elétrons compartilhados entre dois átomos. 𝑶𝒓𝒅𝒆𝒎 𝒅𝒆 𝒍𝒊𝒈𝒂çã𝒐 (𝑶𝑳) = 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑜𝑛𝑠 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑙ℎ𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑜𝑠 á𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 𝑿 𝑒 𝒀 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑎çõ𝑒𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑚𝑎𝑛𝑡é𝑚 𝑜𝑠 á𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 𝑿 𝑒 𝒀 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑜𝑠 Ligação simples Cl2 (14 e-) 𝑂𝐿𝐶𝑙−𝐶𝑙 = 1 1 = 1 Ligação Covalente: Estruturas de Lewis ▪ Moléculas diatômicas – H2 e O2 8 O2 (12 e-) Ligação dupla H2 (2 e-) 𝑂𝐿𝐻−𝐻 = 1 1 = 1 𝑂𝐿𝑂−𝑂 = 2 1 = 2 Ligação covalente: Cargas Formais (CF) ✓ Carga formal (CF): é a carga que um átomo teria se as ligações fossem perfeitamente covalentes e o átomo tivesse exatamente a metade dos elétrons compartilhados das ligações. 𝐂𝐅 = 𝐄𝐯 − (𝟏 𝟐 𝐄𝐩𝐜 + 𝐄𝐩𝐢) em que Ev = elétrons de valência do átomo, Epc = elétrons dos pares compartilhados e Epi = elétrons dos pares isolados. ✓ A carga formal é calculada para cada átomo da molécula. 9 CFH = 1 − 1 2 x 2 + 0 = 0 CFCl = 7 − 1 2 x 2 + 6 = 0 CFCl = 6 − 1 2 x 4 + 4 = 0 Ligação Covalente: Cargas Formais (CF) 10 ✓ A soma das cargas formais dos átomos é igual à carga elétrica da molécula ou íon. ✓ Em relação às cargas formais, não são eletricamente favoráveis:  cargas iguais em átomos que formam uma ligação química (X-Y);  cargas opostas em átomos separados por duas ligações químicas (X-Y-Z);  cargas múltiplas em qualquer átomo;  cargas em desacordo com a eletronegatividade dos átomos. ▪ Regras importantes para o uso das cargas formais (CF) NO+ (10 e-) CFN = 5 − 1 2 x 6 + 2 = 0 CFO = 6 − 1 2 x 6 + 2 = +1 𝑂𝐿𝑁−𝑂 = 3 1 = 3 Ligação covalente: Estruturas de Lewis 11 ▪ Moléculas poliatômicas ✓ Determinar o número total de elétrons de valência para a molécula (considerando a carga da espécie). PF3 (26 e-) ✓ Escolher o átomo central (com menor energia de ionização; forma o maior número de ligações). ✓ Ligar o átomo central aos átomos terminais: um traço representa um par de elétrons compartilhados. Ligação Covalente: Estruturas de Lewis ▪ Moléculas poliatômicas 12 ✓ Colocar os elétrons restantes, aos pares, nos átomos terminais. Se ainda sobrar elétrons, colocá-los no átomo central. ✓ Verificar se todos os átomos completaram o octeto (8 elétrons ou 2 elétrons no caso do átomo de H). ✓ Caso necessário, redistribuir os elétrons (ligações múltiplas) até que cada átomo complete o octeto (atenção às espécies deficientes em elétrons ou que não sigam à regra do octeto). Ligação Covalente: Estruturas de Lewis ▪ Moléculas poliatômicas: PF3 13 PF3 (26 e-) CFP = 5 − 1 2 x 6 + 2 = 0 CFF = 7 − 1 2 x 2 + 6 = 0 𝑂𝐿𝑃−𝐹 = 3 3 = 1 Ligação Covalente: Estruturas de Lewis ▪ Moléculas poliatômicas: CO2 e NH4 + 14 CO2 (16 e-) NH4 + (8 e-) 𝑂𝐿𝐶−𝑂 = 4 2 = 2 CFC = 4 − 1 2 x 8 + 0 = 0 CFO = 6 − 1 2 x 4 + 4 = 0 CF𝐍 = 5 − 1 2 x 8 + 0 = +1 CFH = 1 − 1 2 x 2 + 0 = 0 𝑂𝐿𝑁−𝐻 = 4 4 = 1 Ligação Covalente: Estruturas de Lewis ▪ Moléculas que não obedecem à regra do octeto: espécies radicalares - NO 15 NO (11 e-) ✓ As espécies radicalares, geralmente, possuem contagem total de elétrons impar. ✓ As espécies radicalares são muito reativas e estão envolvidas em processos de degradação da camada de ozônio, deterioração de alimentos e o envelhecimento. CFN = 5 − 1 2 x 4 + 3 = 0 CFO = 6 − 1 2 x 4 + 4 = 0 𝑂𝐿𝑁−𝑂 = 2 1 = 2 ✓ Espécies que apresentam um elétron desemparelhado são denominadas de radicais. Ligação Covalente: Estruturas de Lewis ▪ Moléculas que não obedecem à regra do octeto: espécies deficientes em elétrons – BF3 e BeF2 16 BF3 (24 e-) Átomos localizados nos grupos 2 e 13 da Tabela Periódica formam estruturas estáveis com menos de 8 elétrons. BeF2 (16 e-) CFB = 3 − 1 2 x 6 + 0 = 0 CFF = 7 − 1 2 x 2 + 6 = 0 𝑂𝐿𝐵−𝐹 = 3 3 = 1 CFBe = 2 − 1 2 x 4 + 0 = 0 CFF = 7 − 1 2 x 2 + 6 = 0 𝑂𝐿𝐵𝑒−𝐹 = 2 2 = 1 Ligação Covalente: Estruturas de Lewis ▪ Moléculas que não obedecem à regra do octeto: expansão do octeto – XeF2 e SF6 17 XeF2 (22 e-) Átomos localizados a partir do 3º período da Tabela Periódica podem acomodar mais de 8 elétrons (expansão do octeto). SF6 (48 e-) CFXe = 8 − 1 2 x 4 + 6 = 0 CFF = 7 − 1 2 x 2 + 0 = 0 𝑂𝐿𝑋𝑒−𝐹 = 2 2 = 1 CFS = 6 − 1 2 x 12 + 0 = 0 CFF = 7 − 1 2 x 2 + 0 = 0 𝑂𝐿𝑆−𝐹 = 6 6 = 1 Ligação Covalente: Estruturas de Lewis ▪ Moléculas que não obedecem à regra do octeto: expansão do octeto – SO2 18 SO2 (18 e-) Sempre use as cargas formais como ferramenta para determinar a estrutura de Lewis mais estável. CFO1 = 6 − 1 2 x 4 + 4 = 0 CFS = 6 − 1 2 x 6 + 2 = +1 CFO2 = 6 − 1 2 x 2 + 6 = −1 CFO1 = 6 − 1 2 x 4 + 4 = 0 CFS = 6 − 1 2 x 8 + 2 = 0 CFO2 = 6 − 1 2 x 4 + 4 = 0 𝑂𝐿𝑆−𝑂 = 4 2 = 2 Resumindo 19 ✓ A ligação covalente, segundo Lewis, surge pelo compartilhamento de elétrons entre dois átomos. ✓ A estrutura de Lewis não representa a forma da molécula. Ela indica quais átomos se ligam e quais tem pares isolados. ✓ A ordem de ligação indica o número de pares de elétrons que une um par específico de átomos. ✓ A carga formal é importante para definir se a estrutura de Lewis está representada de forma adequada. ✓ Elementos dos grupos 2 e 13 podem não obedecer à regra do octeto quando formam compostos; eles se estabilizam com 4 e 6 elétrons, respectivamente.. ✓ Elementos a partir do 3º período da Tabela Periódica podem formar compostos estáveis, não obedecendo à regra do octeto, com mais de 8 elétrons (expansão do octeto). Referências 20 ✓ BROWN , T. L. et al. Química. A Ciência Central. 13. ed. São Paulo: Pearson, 2016. 1216 p. ✓ MCNAUGHT, A. D.; WILKINSON, A. Compendium of Chemical Terminology. IUPAC recommendations. 2. ed. Oxford: Blackwell Scientific Publications, 2019. Disponível em: <https://doi.org/10.1351/goldbook>. Acesso em: 15 jul. 2020.