Resolução da Lista de Exercícios sobre Ligação Química e Orbitais

Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr Resolução da lista de exercícios 2 Ligação química polaridade efeitos químicos 1 Que é orbital O que são orbitais degenerados O que é nó ou plano nodal Orbital é a região de maior probabilidade de encontrar um elétron Orbitais degerenados são orbitais de mesma energia Nó ou plano nodal é a região de probabilidade nula de encontrar um elétron 2 Quantos tipos de orbitais s existem E Orbitais p E quanto a diferença de energia entre os orbitais p de um mesmo nível eletrônico Existe somente um tipo de orbital s e 3 tipos de orbitais p px py e pz Os orbitais p de um mesmo nível são degenerados 3 Desenhe o diagrama de orbitais atômicos para elementos abaixo Identifique os elétrons de valência em cada caso a CZ 6 b B Z 5 4 O que ocorre quando dois átomos iguais se combimam Que tipo de ligação é formada Ocorre a interação dos OAs formando novos OMs ligantes e antiligantes Como são dois átomos iguais os OAS tem mesma energia e formam uma ligação covalente apolar 5 Quando a diferença de energia entre os orbitais atômicos é grande que tipo de ligação é formada E Carbono E Boro 1s 1s 2s 2s 2p 2p Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr Neste caso não há a formação de OMs ocorre a formação de ligação iônica 6 Para átomos diferentes que tem OAs de energia não tão diferentes quem contribiu mais para o OM ligante e quem contribui mais para o OM antiligante O átomo mais eletronegativo OAs de menor energia contribui mais para o OM ligante O átomo menos eletronegativo OAs de maior energia contribui mais com o OM antiligante 7 Mostre através de diagrama de OAs a distribuição eletrônica para o N a No estado fundamental b sp3 c sp2 d sp 8 Como ocorre a sobreposição construtiva de OAs formado OMs E destrutiva Em cada caso escreva o nome dos OMs formados Uma sobreposição construtiva de orbitais ocorre quando os orbitais envolvidos estão na mesma fase Quando isto ocorre há a formação de 2px 2py 2pz 2s 1s Estado Fundamental N Z 7 2sp3 1s N sp3 2sp2 1s N sp2 2pz 2sp 1s N sp 2pz 2py Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr OM ligante Caso a sobreposição ocorra fora de fase ela é destrutiva e forma OM antiligante 9 Liste os fatores que afetam a interação orbitalar Tamanho energia e orientação dos orbitais simetria 10 Indique que tipo de orbitais moleculares são formados quando ocorre as sobreposições conforme a figura a Sobreposição fora de fase e lateral entre orbitais p OM π antiligante b Sobreposição fora de fase e frontal entre dois orbitais p OM σ antiligante c Sobreposição fora de fase e frontal entre um orbital p e um orbital s OM σ antiligante d Sobreposição em de fase e frontal entre um orbital p e um orbital s OM σ ligante 11 Para cada uma das moléculas abaixo indique que orbitais híbridos ou não estão envolvidos na formação de cada ligação assinalada Também indique que tipo de ligação está ocorrendo 12 Colocar em ordem crescente quanto ao caráter iônico HCl NaCl H H HOH MeOMe HH MeOMe HOH HCl e NaCl a b c d CH3CHCHC CH a C CHC C H H H b O OH c d CH2 CHC C C CH3 CH3 H e CH3NH CH2CH2N CHCH3 CH3C N f Lig σ Sp2Sp2 Lig π pp Lig σ SpSp 2 x Lig π pp Lig σ Sp2S Lig σ SpS Lig σ Sp2Sp2 Lig π pp Lig σ Sp3Sp3 Pares de elétrons orb Sp2 Pares de elétrons orb Sp3 Lig σ Sp3S Lig σ Sp3Sp3 Lig σ Sp2Sp2 Lig π pp Lig σ SpSp 2 x Lig π pp Par de elétrons orb Sp Pares de elétrons orb Sp2 Pares de elétrons orb Sp3 Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 13 O composto ClCHCHCl possui dois isômeros um com momento de dipolo 0 D e outro com momento de dipolo 295 D Mostre a fórmula estrutural dos dois compostos e relacione ao momento dipolar 14 Considerando as sobreposições de orbitais desenhados abaixo qual delas é antiligante Qual é ligante E qual é não ligante Por que a Não ligante Interação entre um orbital s e um orbital p O orbital p está interagindo com seu nó região em que não há elétrons b Antiligante Sobreposição frontal entre um orbital s e um p A sobreposição ocorre entre fases diferentes fora de fase c Ligante Sobreposição frontal entre um orbital s e um p A sobreposição ocorre em fase 15 O metóxido de sódio NaOCH3 contém ligaçãoões covalentes e iônicas Identifique os tipos de ligações Ligação NaO Ligação iônica grande diferença de eletronegatividade Ligação OC Ligação covalente polar diferença de eletronegatividade considerável Ligação CH Ligação covalente apolar pouca diferença de eletronegatividade 16 Que tipos de ligações podem ser formadas entre orbitais s e p Quais interações levarão a uma sobreposição melhor 1s 2p ou 1s 3p Que ligações serão mais fortes entre H e C N O e F ou entre H e Si P S e Cl Orbitais s e p podem combinarse para formar ligações sigma Não há problema na sobreposição entre orbital 1 s e 2p ou 3p No entanto o orbital 2p tem energia mais próxima ao 1s que o orbital 3p portanto leva a uma sobreposição melhor e uma ligação mais forte As ligações entre H e C N O F são mais fortes que entre H e Si P S Cl pois os orbitais OAs 2p são utilizados para sobreposição ao orbital 1s C C Cl H H Cl C C Cl H Cl H Composto Trans Momento dipolar µ 0 Dipolos de mesma intensidade em direções opostas Composto Cis Momento dipolar diferente de 0 µ 295 Há uma resultante dos dipolos a b c Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr do hidrogênio no primeiro grupo Enquanto o orbital 3p é utilizado para sobreposição no segundo grupo Na verdade em CH4 NH3 e H2O o átomo central está hibridizado com a participação do orbital 2s o orbital híbrido tem melhor sobreposição que o orbital 2p pois tem menor energia a hibridização leva a ganho de energia As moléculas PH3 e H2S por exemplo não estão hibridizados SiH4 é tetraédrico e é difícil dizer se as moléculas lineares HF e HCl são hibridizados 17 Se um átomo A utiliza 2 OAs p para formar ligação covalente com 2 átomos de hidrogênio qual o ângulo entre estas ligações 90 graus pois os orbitais p estão a 90 graus um do outro Por ser uma sobreposição direta mantémse o ângulo 18 Indicar os ângulos representados pelas letras af a 120 b 180 c 109 d 120 e 120 f 120 19 Justifique O momento dipolar do diclorometano CH2Cl2 é maior que o do clorofórmio CHCl3 20 Abaixo está representada uma estrutura de Lewis para a molécula de Naftaleno Mostre duas outras estruturas de Lewis que não apresentam cargas e que contribuem para o híbrido de ressonância que representa a molécula Mostre também as setas envolvidas C C H a b C H C CH3 H H H H c d f e H Cl Cl Cl Dipolo resultante H Cl H Cl Dipolo resultante A B C Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr As setas representam movimentação eletrônica Cada estrutura é uma estrutura canônica de ressonância ou um contribuidor de ressonância O conjunto leva ao híbrido de ressonância que é a representação mais próxima da molécula do Naftaleno 21 Qual destes compostos tem elétrons deslocalizados a e c Sistemas conjugados com todos os átomos sp2 e orbitais p interagindo 22 Identifique em cada caso o tipo de efeito eletrônico predominante indutivo ou mesomérico retirador ou doador dos grupos em negrito Em caso de efeito mesomérico desenhe as estruturas de ressonância Em caso de espécies carregadas indique se o efeito estabiliza ou desestabiliza a carga a Doador por efeito mesomérico pares de elétrons do oxigênio podem ser deslocalizados para dentro do anel aromático OBS Existe um efeito retirador indutivo que é menor para esse exemplo pois existe conjugação e possibilidade de efeito mesomérico b Como o sistema não é conjugado há carbonos sp3 entre o grupo OMe e a carga o único efeito possível é retirador por efeito indutivo devido a b c d a b c d e f g h OMe OMe NH2 O N O O N O O C N CF3 OMe OMe OMe OMe Carga negativa densidade eletrônica jogada para o anel aromático pelo grupo doador de elétrons A carga negativa atinge as posições orto e para ao grupo OMe Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr a eletronegatividade do oxigênio Como temos uma carga negativa o efeito indutivo retirador ajuda um pouco na estabilização da mesma o efeito indutivo diminui com a distância Neste caso o carbânion permanece sp3 que é mais vantajoso carga em orbital de menor energia c Efeito doador mesomérico Temse um sistema conjugado orbitais p na sequência e os pares de elétrons do Nitrogênio podem ser deslocalizados Este efeito ajuda a estabilizar a carga positiva carbocátion hibridizado sp2 com carga positiva no orbital p OBS Existe um efeito retirador indutivo que é menor para esse exemplo pois existe conjugação e possibilidade de efeito mesomérico d Efeito retirador por efeito Indutivo Não observase um sistema conjugado há carbonos sp3 entre a carga e o grupo carbonila impedindo o efeito mesomérico O único efeito possível é o indutivo devido a maior eletronegatividade do oxigênio O efeito retirador indutivo ajuda um pouco a estabilizar a carga negativa e Retirador por efeito mesomérico Desestabiliza o carbocátion que já é deficiente em elétrons Desenhar as estruturas de ressonância seria irreal já que não há elétrons para serem atraídos f Retirador por efeito indutivo Como não observase um sistema conjugado o único efeito possível é o indutivo Como o Nitrogênio tem carga positiva ele atrai elétrons através da polarização da ligação Este efeito desestabiliza o carbocátion g Retirador por efeito mesomérico Há um sistema conjugado ligado diretamente ao grupo ciano Esse grupo diminui a densidade eletrônica do anel aromático NH2 NH2 Grupo amino deslocaliza seus pares de elétrons para ajudar na estabilização do carbocátion Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr h Retirador por efeito indutivo devido a maior eletronegatividade dos átomos de flúor Ajuda a estabilizar a carga negativa 23 Que tipo de ligações podem ser formadas entre um orbital s e um p Somente ligações sigma 24 Qual combinação tem melhor sobreposição 1s 2p ou 1s 3p A primeira pois os tamanhos dos orbitais são mais parecidos A energia também pode ser considerada orbital 3s tem maior diferença de energia quando comparado ao 1s 25 Coloque os orbitais em orgem de energia a sp sp2 sp3 b 2sp2 2p c1s 2s 2px 2py 2pz a sp sp2 sp3 b 2sp2 2p c1s 2s 2px 2py 2pz 26 Qual dos compostos abaixo é aromático Justifique usando a regra de Huckel C N C N C N C N Grupo CN diminui a densidade eletrônica do anel aromático atrai elétrons isto pode ser observado através das estruturas de ressonância a b N c N H d O e f H N Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 27 Em qual composto molécula A ou B há maior sobreposição entre os orbitais atômicos Explique Para saber sobre a condição de sobreposição dos orbitais atômicos OAs devemos comparar a energia destes orbitais esta é a única informação oferecida Temos que na molécula A a sobreposição é mais efetiva pois os OAs tem energia similar Enquanto na Molécula B há uma diferença de energia entre os OAs a b N c N H d O e f É cíclico porém não tem todos os atámos hibridizados sp2 Portanto não é aromático Além disto 4n 2 4 n 05 O ânion prefere se hibridizar sp2 e colocar os elétrons em orbital p Assim é cíclico tem todos os átomos sp2 e tem 6 elétrons π 4n 2 6 n 1 É aromático É cíclico planar e tem todos os átomos hibridizados sp2 Os pares de elétrons do nitrogênio preferem ficar em orbital sp2 assim temse somente 6 elétrons π 4n 2 6 n 1 É aromático Como os pares de elétrons não ligantes do nitrogênio não estão envolvidos com a romaticidade a protonação não interrompe a aromaticodade Ainda é aromático É cíclico planar e com todos os átomos sp2 Comoo oxigênio tem dois pares não compartilhados um fica no orbital sp2 e o outro em no orbital p Assim 4n 2 6 n 1 É aromático É cíclico planar e todos os átomos são sp2 Os pares não compartilhados ficam em orbital p Assim 4n 2 6 n 1 É aromático Como o par de elétrons não ligante está envolvido na aromaticidade se protonado não é mais aromático H N OA OA S S σ σ Molécula A OA OA S S σ σ Molécula B Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 28 A molécula de Be2 existe Explique utilizando diagrama de orbitais moleculares OMs e ordem de ligação OL n elétrons ligantes n elétrons antiligantes2 442 0 Não há ligação efetiva unindo os átomos de Be portanto a molécula Be2 não existe 29 Desenhe o diagrama de orbitais moleculares para a molécula de O2 Be Be Be2 1s 1s 2s 2s 2s 2s OMσ OMσ 2p 2p OMσ OMπ OMπ OMσ OMπ OMπ Energia OAs Oxigênio OAs Oxigênio OL 842 2 O O Profa Dra Patrícia Bulegon Brondani patyqmc httpspatyqmcpaginasufscbr 30 Desenhe as estruturas de ressonância para os compostos abaixo Indique qual das estruturas contribui mais O O a O b OH O c d O N O O e O O a O b OH O c O N O O e O O Ambas estruturas contribuem igualmente O A segunda estrutura de ressonância contribui mais carga negativa no átomo mais eletronegativo O OH Ambas estruturas contribuem igualmente d Ambas estruturas contribuem igualmente O N O O O N O O Todas as estruturas contribuem igualmente