/
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,: