GEOMETRIA MOLECULAR

EXEMPLOS DE HIBRIDIZAÇÃO DE ORBITAIS

FORMAÇÃO DO BeF2 (fluoreto de berílio)

De fato, na formação da molécula de fluoreto de beríllio formam-se duas ligações química que possuem a mesma força, a molécula é linear e o ângulo da ligação F- Be-F é igual a 180".

Este fato é explicado pela hibridação. As energias dos orbitais s e p se combinam, formando dois orbitais híbridos de mesma forma e energia. A combinação de um orbital s com um orbital p é chamada hibridação sp e os orbitais resultantes sp, que possuem um lóbulo maior do que o outro, estão dirigidos em direções opostas.


 

FORMAÇÃO DO BF3 (trifluoreto de boro)

Consideremos a estrutura de uma molécula de trifluoreto de boro. O átomo de boro é o átomo central na molécula e tem a estrutura eletrônica: 1s2, 2s2, 2p1.

O átomo em seu estado normal possui somente um elétron desemparelhado, assim, pode formar somente uma ligação covalente, mas, no seu estado excitado, existem três elétrons desemparelhados, desta forma podem ser formadas três ligações.

Neste caso a hibridização será do tipo sp2 gerando 3 orbitais hídridos e ângulos de ligação de 120o

 

FORMAÇÃO DO CH4 (metano)

O carbono, átomo central da molécula de metano, possui no estado normal dois elétrons desemparelhados. Os dois elétrons no nível 2p não estão emparelhados, isto é, colocados na mesma caixa, de acordo com a regra de Hund, que estabelece que num dado nível de energia, por exemplo, 2p, sempre alcançamos o número máximo de elétrons desemparelhados.

No estado excitado, o carbono pode formar quatro ligações, mas o orbital s e os três orbitais p não são utilizados na formação das ligações. No lugar deles ocorre hibridação de orbitais e são formados quatro orbitais híbridos sp3 equivalentes.

 

A repulsão entre os quatro orbitais é menor, quando estão dirigidos para os vértices de um tetraedro regular e formam um ângulo de ligação de 109' 28'.

FORMAÇÃO DO NH3 (amoníaco)

Na molécula da amoniaco, o átomo central, nitrogenio, possui três elétrons desemparelhados, no seu estado normal — suficientes para formar três ligações; portanto, não seria necessário excitar o átomo.

A distribuição de quatro orbitais seria tetraédrica, de acordo com a Teoria de Hibridização, e a hibridação de um orbital s e de três orbitais p dão este arranjo. Três dos orbitais são utilizados para a ligação e contêm um par de elétrons compartilhados, enquanto que o quarto orbital contém um par isolado de elétrons isolado

 

Esta configuração é chamada piramidal ou descrita como tetraédrica, com um vértice ocupado por um par isolado. As repulsões entre estes orbitais não são todas de mesma intensidade, pois os quatro orbitais não possuem a mesma vizinhança.

Em geral, a repulsão entre dois pares isolados é maior do que entre um par isolado e um par ligante, que, por sua vez, é maior do que entre dois pares ligantes de elétrons. Passando do metano para o amoniaco, um par ligante é substituído por um par isolado que repele os outros pares ligantes mais fortemente, reduzindo, deste modo, o ângulo de ligação HNH de 109° 28' para 106° 45'.

FORMAÇÃO DA MOLÉCULA DE H2O

Na molécula da água, o átomo central, oxigenio, possui dois elétrons desemparelhados, que são suficientes para a formação das duas ligações requeridas.

Mais uma vez, os quatro orbitais externos estão hibridizados e distribuídos tetraèdricamente. A estrutura é chamada tetraédrica com duas posições

ocupadas por pares isolados, ou configuração semelhante a uma letra V. Aqui, os dois pares isolados distorcem o ângulo de ligação mais do que o ângulo foi distorcido por um par isolado no amoniaco; o ângulo de ligação HOH, na água, é igual a 104° 27'.

SÉRIE NH3 , PH3 e AsH3

A distorção da configuração ideal pode ser relacionada, também, com a eletronegatividade. Na série de moléculas como NH3 , PH3 e AsH3 , devido à diminuição da eletronegatividade do átomo central N — > P — > As, os elétrons ligantes são atraídos para mais perto dos átomos de hidrogenio, isto é, mais distantes do átomo central. A repulsão entre os pares ligantes de elétrons, por essa razão, diminui e o ângulo de ligação diminui progressivamente de 106°45', no NH3, para 93° 50', no PH3, e 91° 35', no AsH3 .

FORMAÇÃO DA MOLÉCULA DE PCl5

Numa molécula gasosa de pentacloreto de fósforo, PCl5, o átomo central, fósforo, possui somente três elétrons desemparelhados, no seu estado normal. Um elétron deve ser desemparelhado para proporcionar o número exato de elétrons desemparelhados para a formação de ligações; é, de preferência, utilizado o nível 3d, seguindo a ordem na qual os níveis de energia são preenchidos, quando os elétrons são acrescentados no átomo.

Átomo de fósforo — estado excitado

Átomo de fósforo, tendo ganho cinco elétrons dos átomos de cloro na molécula PCl5

 

 

São utilizados cinco orbitais e ocorre hibridação sp3d , dando uma estrutura trigonal bipiramidal.

Esta não é uma estrutura completamente regular, pois alguns ângulos de ligação são de 90 e outros, de 120°. As estruturas simétricas são, geralmente, mais estáveis do que as assimétricas; assim, PCl5 é altamente reativo e no estado sólido se desdobra nos ions PCl4+ e PCl6-, que possuem respectivamente estruturas tetraédrica e octaédrica.

TABELA

Número de orbitais externos

Configuração

Hibridação

 

2

Linear

sp

3

Triângulo plano

sp2

4

Tetraédrica

sp3

5

Bipirâmide trigonal

sp3d

6

Octaédrica

sp3d2

7

Bipirâmide pentagonal

sp3d3

 

LIGAÇÕES SIGMA E PI

Todas as ligações formadas nestes exemplos resultam da sobreposição das extremidades dos orbitais e são chamadas ligações sigma . Quando ocorrem duplas ou triplas ligações, alguns orbitais se sobrepõem lateralmente, originando as ligações

pi.

 

As ligações Pi nunca são incluídas na hibridação, mas, exceto estes, todos os orbitais da camada externa estão hibridados.