O CARBONO NO ESPAÇO

/

ao

unidâdô 3 - OsoÌbitais híbÌidos

Copfrulo2

O corbonono espoço lnlÍoduFo Vocêjá sabeque o átomo de carbonoé tetravalente,ou seja,estabelece quatro pâres eletÍônicosem suasÌigaçõescovalentescom outros átomos.Veja: H H ". C ., H

_H

ou H-C

H'.CiiC..H

oü H-C=C-H

È

Desdeo séculoXIX já s€ sabiaque o carbonoé tetravalente;assim,desdeessadataos cientistasjá se pÍeocupavamem sabercomoessa.quaLroligaçòes,e dispõemno espaço.

Desse modo, os cientistas Le Bel e yan't Hoíf lançaram,€m 1874,uma teoria segundoa qüal as quatro ligaçõesdo caÍbonose dirigempara os vérticesde um tetraedroregularem cÌrjo centrosesituao núcleodo carbono.

Assim: O telÍaedro reguÌaré um sóljdogeométricoÌimitadopor quatro fâcesque são triângu los eqìiiláteroscongruenÌes.

Segundo essa concepçào, as ligâçôesse estabeÌec€m com urn ânsulo de 109'28'.Vejaao lado.

í852r9t1).

NasDeu e.nno srdaÍrnaHolandã.

Est! dou nas Univssìdãdes de Bonn,Paiise Ulrschl.

FoiumdB lundad0Íes dâmodema Físiccquímica, e enl,eãssuascontíihuiqões plE a ciència dsíâ@mos * leisdasísa. químicos, dosoquilíb'i0s das çõesqulmicas, solutôes e dapressâo osmóticâfnunciou, en 1871,juntamente coml, ,4 uínateo a segundo a quala atividsde óplicadosD0mpostos se d*e à eÍistência CorÌ3$a leük, su4ea idéiadãBlru

'0,"r,,.'f.,,'0r",,, lüla espacial, üja comprcvaçâo êrpemcn

,rrf\ì;;

lll Íoi Íeita pelapdmeiEwz poí Loris

ffi

Exercícrbs reso/yldos

Enll

Utilizandoo modelo dê Le Bel e Vân't Hoff, .eDresentara molécuta: HH

ll

HCCCI

ll

HH

'-Ì cáplrulo 2 - O caÌboDono espaço

81

Cada álomo de caòono é represêntâdopor um t€trasdro. Assim: Note que os tetraedrosse ligam aíavés de um vérti ce. Logo: ligâçàosimpl€s = um vénice

.t HH

ER2) Reprcsentâr,âÍâvés dê têtrâedÍos,a molécula H - C:C-Br

l HH R€solução: HBr Nots qus os tstraedrosse ligamatravésde dois vértiligâçãoduplã

dois vónicês (uma afesta)

-

H

ER3) Fazera fepresentaçãoespaciã|,âtrâvésdo têtra€dfo, da moléculâ H

C= C

-.

Note quê os têtraedfosse ligamâtravésde três vérti ligaçãotdpb

-

Íès vértices {uma face)

1

ffi ExercÍclode oprendizogem W f,42) RepÌ.smte esDaciâìncnle, ülilizandoo tetüedÌo,asnoìécìlõl Hg HCI â) H- C- C- O H I HCI

b ) H -C

C = C -C -C ì

H

c )H-c

c:c

H

HHH

A hibÍidoÉo o carbono, idealizadâpor Le BeÌ e A concepçâoatravésdo tetraedrorepresentando Van't Hoff, é válidasom€nt€como uma pÍimeira imagemda estÍuturados compostosorgânicos,pois as concepçõ€s adotadâshoje para explicara estruturadesses compostosbaseiam-se no fenômenoda hibÍidacão.

A hibÍidaçãoconsistenuma "mistura" de orbitaisatômicospuros.Assim,os orbitais orbi atômicoshíbridossurgemda fusãode orbitâisatômicospuros,de taÌ modo queesses tÂishibridos sejamequivalentes entresi e diferentesdos orbìtaispuros originais. vejaúos o casodo carbono: númeroatômico6 (6C).Então, suadistÍibuiçãoeletrônicâé a se' O caÍbonoapresènta gumte: óc + ls'1 2s'? 2p'

E tr ['fifl

p* py p.

82

Unid€d€3

o3 oÈibis hÍb dos

\oleque. de acordocoma disLribujcão ete_ lrónica,o átomode caÍbonodeveriasir biva lente,pois apresentasoment€dois elétronsem oÍbitais p, e pr disponíveispara formar Dares eÌetÍônicos.No entanro,sabemosque o càrbono eslabeìece noscompostosquatro p:rÌe\ ele_ ÌÍonicos,ou seta,e tetravaìente.

Como explicat esse:fctío?

A explicaçãose dá atravésdo feÍômeno da hibridacão.Veja:

O átomo de carbono, no estadofunda menÍal,apresentaa configuração: 6C +

ls:

2s,

2pt

Lt_ll|l.lj tr tÌ | I Mâs essaconfiguraçãonão explicao fato o€ o caÍbonoapresentarquârro ljgaçÒes. vamos rmagln:rr,então. um salto de um elétrondo subnivelà para o subnivel2p.

O salto do elétrondo sübníveì2s Darâo 2I recebeo nome de p/omoção, e: como ereÍequerenergla,o átomode carbonofi_ .a n'umestado atiradol 2s'

2p'

Itllr ltII ," s.- r Nore que. nesseestadoativado, o áromo de carbonofica com quâúo elètÌonsdisponiveis,tornando possiveisas quatro lj_

desseestadoativadoque podemocoÌrer os três riposde hibri d"çâ:,ï1::Ë::i:'p"Ítir Analisemos,então,cadâum del€s: l) Carbono com quatro iigaçaessinpns: As estruLuÌas decompoçlos em queo carbonoapreçenta qualÍoligaçóes simples , sàoe\_ plicadas atravésde uma hibridaçàosD!: 6C +

ls7

2p"

2s 1

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

fl

hibndàçâo spt: ..nistüra,,deum orbÍars e trêsorbiraisp

quaÍooíhilâis híhridos 39'

Câphulo2

O câÍbônô nô Bspaco

83

ObseÍve: Eíes qüâtroorbitais(umorbitâl s e rrêsorbìtaisp) sofÌen una 'nisru ra'. orisinaDdo ra". originaDdoquatro orbìlan orbÍaÍ hi hr bridos.

Ia -'

, 2p

' tì quatroorbÌaishibridos spr '\

i2p

7p

.!r 2s

2s

2s

E

ls

esrâd0 Ílndamentãl docaôono

esladoallvad0do caíb0io

0s"28

i;;ü;;;il,;",;l

E$a esfuÍurã podcser pâ or: representad

fl3enr5e pdÍr os úredro Íegulú. E.\es orbitd r

Il:ïa ïiï'l:i: 19ï,li_..1 A bibridação spr é a que ocorre com átomos de carbono qüe estabeleligaçõessimpÌes. cem exclusivamente Segundoessemodelo,a moléculaCH4 por: é repÍesentada

xc'

-c-

esquema esquena de Lewis dc Kekulé

H

H." C ,'

H

H H H_

C

I H

Observeque as qua!Ìo ligaçõessão equivalenles Cadauma delasé uma ligaçãocovalentecomum, sim_ ple.:ponanro.umaligação(igma(o)queocorreenlÍe o orbiralhrbrido sprdo carbonoe o orbilals puro do hidrogênio.E uma ligaçãodo tipo oÍr..

H

84

und.a. s

os orbhêtshÍb dos

2) Carbono com ums úiica tigação dupllli As estruturasem qu€ o carbonoaprcsentauma ligaçãodupla e duassimplessãoexpli cadasatravés de uma ,ibidaçìío spz. Assim: 2p' óC - lsz 2s'

l'-.T]l trTtT.

hibri.taçàospt: .,úislura,' rleun orbiÌat s e dois orbnaisp $ rÉs oúihis híbidosspr

ObseÍve:

Zp

.Zt 2s

2s

taL !l ashdolunünmtaldocâÍbono

ru

esrado âlivado docaÍbono

i!

iì

Os 1Ìêsorbitah hÍbridos spl siÌuam se nuÕ nesno planoe fornan ün â.sulo de 1200,€nqüanroo orbitâl p püro colocâsep€rpendicularnenrâ

Ç*;;,",.*"; I ,epreedadâpü: Ì

L,_* _,

;-_

l

I 6quema êsquema

_*t1."::_9.M1

uma ligação _ Á hibddaçãosp'é a que ocorÍecom átomosde caÍbonoque esrabelec€m ouprâ.

Segundoessemodelode hibridação,a molêcuÌade um compostodenominadoereno, constituidopor doh átolhosde carbonoe quarroátomosde hidrogênio,podeseÍ representada por:

.H

a

H\

lc:c'-

-H _H

caprulo2

o .ârbonono ê,paço 85

A dupla ligação entre os àromosde carbono è por uma ligaçãosigma(o) en!Íe os orbiconstitLrida raishibridosspre uma ligaçãopi (Í) entreos orbitais p puros.A ligâçãoenúe carbonoe hjdÍogênioé ligaçào sigmaentreo orbiial hibrido spr do carbonoe o orbìial s do hidrogênio;poÍanÌo, uma ligaçãodo tÌ3) Orbono com duas ligaçõesduplns ou com uma ligaÇãoíripÌa: duasligaçõesduplasou uma ligaçãotripla e As estrüturâs€m que o carbonoapresenta uma simplessãoexplicadasatavés de uma ribliddçAo sp. Assim: 6C +

2pt

1s ' 2si

h- til-Tr hibÍidaÇãospi ''nisÌüra" de un orbitaÌ s e un orbital p

I I

e,i.,i"* i'"i'"r.i'.".ti'"i'l un orbiÌal p) sofrer una

Observe:

e ''nntura", odgi.ando doisoF bnâishibÍidos. ìi .

!-T-T-l ;:Ï

Zp

6,,

,,iE esladoIundamenlâl d0 caÍhono

eslâd0alivadod0 ca'bono

unidade 3

0sobitais hrbridos

Segundoessemod€lode hibridação, a molécula de um compostodenominado etiro, constituidopor dois átomos de caÍbono e dois átomosde hidrogênio,pode ser representâdaconforme Íìgum âo lado.

H. ' C ii c ' . H H-C= C

H

A tripÌa ligação entre os átomos de carbono é consiituidapor uma Iigaçâosigma(o) enÌreos orbirais hibridossp e duasligaçõespi (n) emreos orbitaisp puros. { Iigaçào entrecarbonoe hìdÍogènio è tigdçáo \igma entreo orbìtalsp do carbonoe o orbirals do hidrogênio;portanto, uma ligaçãodo tipo o"e ".

Resümindoos trêstipos d€ hibÍidação,temos: I,igâCao

-c-

sp'

I

sp

109028,

-

qüatroligaçõeísimpÌesou quatro ligaçõeso

120"

uma Ìigaçãodupla e duasligaçõessimplesou trêsligaçõeso e uma ligaçàoÍ

180"

uma ligaçãotripla e uma ligaçãosimplesou duasligaçõeso e duasligaçõesr

180.

duasÌigaçõesduplasou duasliAaçõeso € duasligaçõest

riiiii:iÍFxercíclos Íeso/vrdos r!ìì!iiiiiiiìììiii]..,'i',ii,ì iï,i:ti:'iÍrii,,i,.iiÌiiiiliiiiìilliiiii:,ìiii ER4l Indicaro tipo de hibridaçãosofrida por cadê átomo de cafbono e o tipo de cadâ uma das ligaçÕesestabelecidasem:

HHH O s ât om osde c a ,b o n oq u e e s ta Õe te c esmó i g acõessi mp,esàpresenrãm hi b dacàosD 3. enqlant oaqG le sq u ê s ta b e te c e md m a ti g a c ãodup a apresenl àm hi orddçãospr, so3 H

HHH

sp'?

sp':

capruo 2

o caÌbonono ô.pêço

87

EB5) I ndic ar o, t ip o d e h i bd â ç ã 9 d ec s d âc a rb o n on âsmol écul as, e oti podas l i gaçõosa,b€ c: n t-r a) H- C: C= C: H

bl H -C

C 6C = C " H H ,H

H

Cârbonosquê estâbêlêcêmsó lisâçõessimples * sp3j CaÈonos qu€ sstab€l€cêmuma ligaçãodupta - sp'z; Carbonosque estabelecemuma ligaçãoúipla ou duas ligaçóesduplas + H sp3

t///

sp

sp

H

lr/

a) H-C-C=C-H I

b) H

C

sp3

sp2

sp

//

C"/ :C = C"/

Èi

sp. sp2

H

H

â: ligãçãon

W EYelcíciosde aprcndÀogem W E l) vedfiquôo npo dehibridação Ínolftulas: decadaálono deÉÌbono,nâsscguiÍles HH a) H- c

H -H

- c : C- € llll HHHH

I

b)H-C:c-oH

c) H -C -C :C -C :C -H

rtÌ1

lr.

HCÌ

HHHHH

EÁ4) Dêo noÍnedn ligaçõlsr, b, c e d: H

t." a ) H a c l c +c-H tt'l HHH E 5) Dê o nomedâr lisaçõ.sindicâda!por r, D,r c r: H H \7 HHH

lll â ) H- C- - L C:c-H l l ..l H

I' H- C_ H

r u- lr c : n

H

l"

H _ C_H

I

"ll

-1 4 4 tÍi t-

HI H H _C _H

H

ü

EÂí) ReconhEa o tipo dehibndação d. cadacdbotroÍ$ $lrülura& I t HH a) H- C

- c = C -C llll HHHH H

ll -H

b ) H -c

-c :C -C = C -B

I

H

T

í 88

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

l

EÂ7) Detrmim quântlsliga!õ€ssiSmâ c i exbr.n !ê $rÍÌraun: H

)

I

II - C= C- C: c - C- H

rllll

HI I I I E H_C_H

H_C_H

I

I

H

E E) D€o nonedârlisadesr, b c c: H

ì

HI]E

I a ) H a c a c = ci H I

, b) ll-C=C l"ll H

H

| c)H-C 1c=clC

-t -c:C-H HH

H

| H

lH Í ;

D q vdinquequaíta!lk9õ€ssisma € pi extu&n Msestrwuns: HH H

: c:C _ c=c_ H

tÌÌ

H] H

t

t:

r

HHHH

\ :l

I

II

EA10)Indiquea hibridEãoaprelrntada petoscaóomsnar$sühtesnotécutâs: HHH a)H

HH

lt Ì

C- C= C

C -O -C -H

i

a -ó -Ì{

l

H

H H _C _H

I H HH _C= C.

b' _ c- _ H

I

ï

H H _C _H

t

HH

tl

E_

I

= C = C -c-g

c ) H -C -c

C= C-

lcl

_H _H

IJ ,. ,. !/n- r !

' \-

^.2'

I

t

j .Ì

H

t

tt

I

ll b)H-C-c -c = C* C= C-E ìttl

tt- c- H

i i

l

H -C -C -H

I 4 H_C-c

,,

ll

HH

HH

EAU) VerifiqücqumtasüSaçõa, iisna e pi exjstennd noleculasabaixo: Hh

H '^ ,o.,, ^ zo | H- ( - c \ I Hll

O

C -H Hg

br H- c = c - - c = c - n I H

i H

| H _(_H H

l- " |

I

I :

capruo 2

o c,bono no Apsço

89

dosmolëculos A geomelÍio unicaceometriade uma moléculaé a disposiçãodos átomosno espaço,considerando mente a posição dos núcleos.

Vamosconsiderarâlgunscasos:. l) Mo lécula C,H 6(etano).

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

2) Mo lécúla CtH 6(propano).

Note que: o ânguloentreas ligaçõesé de 109"28'; adistânciaC- Céde 1,544; adistânciaC- H éde 1.10Ai e os átomosde carbonose ligam em ziguezague, não em linha reta.

90

unidade 3

0s orbúas hrb'idos

3) Molécula C,Ha kteno):

Note que: o ânguloenrreas ligaçõesé de l20o; a distância C: C é de 1,34À; adistânciaC- H é de I,l0 Ài a ligaçâodupÌa fica num plano perpendicular ao das ligaçõessimples; todos os núcÌeosdos carbonose dos hidrogêniosse localizamno mesmoplano; logo, trata se cleuma molécalaplana.

4) Molécula C,H. (etino):

Note que: o ânguloentÍe as ligaçõesé de 180ô; a distância C = Céde 1,20Á; a distânciaC- Héde 1,06Á: todos os núcleosdos carbonose dos hidrogêniosse locaÌizamno mesmoDlano (moÌéculaplana).Entretanto.essesnúcìeos estàotodos na mesmareta. Logo, trata se de vma molëcula linear.

91

5\ Molécula C3HabÍopadìeno ou aleno)l

Note que: o plano qüe contém uma ligaçãodupÌa é perp€ndicularao quecontéma outra dupla; o plaÍo qüe contémos dois hidrogêniosde um carbonoé p€rpendicularao quecontém os doìs hjdrogêniosdo outro carbono.

t

'i!.i!:liExercícios complemenÌares ililiiliìiÌiìiiiiiiìiìiiiiiiliìiiiì:!!:illiiiillllìiÍiiìì N ì t Ì u tu â 't) (P UC- M G aes

I

)c :

I

a) ân qu lod e1 S0'ent Ì eosc ar bonos1e 2 b) u m ca rbo noh ibr idiz ados P3. c) d olsrad ica ismet illigadós àc adeiapr inc ipal

d) Íês !isaçóesdôtjpo s sp'?, e ) ô i t o i q a ç õ e s s i s m ã eú m a p

92

Untdãdê3- 0s orbrlaishrbridôs

/c

2) (MACK-SP|Do me rtol.c ujat or Ì ut á ës lr ur ur ôt eC

C\

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

C

, podemosdizer quê:

d) todos os câfbonossão hit].idos sÉ e) ápresõntacadeiacarbônicaaromáticá

3) {UECE)S€mprequehouvercãrbo.ohibridizadosp deverãoapa.ecernêssecarbono: á) duasligaçóes sigmãe duaspi. c) uma ligaçãosigmaeÍés pi. b) trêsliqâçóessigmâe umapi. d) quaÍo ligaçóessigma.

4) (UFRS)Osás mostardá,sulÍetode 2,2 dictoroetitaI{Ct CH, - CH2},SÌ,é u m dos produtos usadosen, gueiiâ quínica, Esie composto apresenraas seguintestigãçõèsquímicás: á) b) cl dl 6)

câtorzecovãl€ntes,todasdô ripo sigma, dozecovalentes,sendo dezsigma e duas pi. dozecovãlentessisma eduas iônicas. do ze co va len res íde/ s is m s eduas pi) ê dúi iônk às . dez@vâl€ntes,duas iônicase dlas metáticâs.

5l {MACK-SP)O mëtãnol (H3C OH)ôpresenta: a) quaÍo ligaçóessigmâ dotipo s sp1 b) duas lisãçõescovalentespi. c) somente um8 rigaçãosishã p-sp,

d) ánSulode l20o ênÍe os hidrosênios, e ) u m a l i g a ç ã o s i g m as p .

6, {|ME-BJ) No composto, q ue é usadocomo essência de timão, cuja tórm utã é: çH3

,.c H,c- \ctt H,c\

t t , Ca) b) c) d)

: o ^_zc l c \ c H.

sête cárbônossp3e quâtro csrbonossp2; sêiscarbonosspr e quãrro c6rbonossp; seÌê ràrbonos sp'etrés Grbonos sorj cinco cãrbonossp3ecinco carbonossp,;

7) (UFSM-BS)A esrrutura abâixo representââ dettameÍina, que é um dos inseticidâsmáis difundidôs ãtualmsnteè que participada cÒFtitu içãode produtoscohuns, como Jimo, Burox,enÍe ouÍosl

B,srl

' C: c H I H

t-"-t@"@" CH.

N€ssaestrutura, âpÍësenta(m) hibidizaçãosl o(s)côÍoonors,: