Simetria Molecular: Conceitos, Aplicações e Exemplos na Química

SIMETRIA MOLECULAR O QUE É SIMETRIA A simetria reúne as propriedades gerais relacionadas a forma de um objeto e que descrevem sua aparência É importante na química desde o nível molecular até os sistemas cristalinos Por simetria entendese também harmonia de proporções estabilidade ordem beleza até mesmo perfeição A necessidade de simetria intrínseca ao homem e assimilada ao longo de milhares de anos encobre e dissimula conceitos antagônicos fundamentados na dualidade de tudo que existe no universo porque representa o equilíbrio simétrico das coisas Simetria na Natureza Corpo Humano Favo de Abelhas Borboleta Flocos de Neve Nanotubo Buckyball Cabono O Taj Mahal é simétrico observação feita através da operação de espelhamento às vezes a simetria é aparente e Leonardo Da Vinci já sabia disso Diferença nítida Nesta discussão abordaremos apenas a simetria molecular a simetria de cristais é um capítulo a parte e não é nosso objeto de estudo neste momento Termos como usamos na geometria são suficientes do ponto de vista qualitativo como BF₃ e BF₂H ambas tem geometria trigonal plana Porém suas propriedades de simetria são inconsistentes pois o BF₂H está num ambiente pseudotriangular visto que seus ângulos e comprimentos de ligação são diferentes quando comparados ao BF₃ Transições vibracionais IV Raman Transições eletrônicas UVvis fotoeletrônica Transições nucleares RMN Mössbauer Difração de raiosX em cristais análise de estruturas cristalinas Fenômenos associados à simetria atividade ótica Estados energéticos TCC TOM Regras de Outras aplicações de considerações de simetria na química e na física WoodwardHoffmaann mecanismos de reações SIMETRIA MOLECULAR Um objeto será simétrico quando uma reorientação espacial pode leválo a um estado indistinguível do original Operação de simetria operação realizada sobre o objeto de modo que este é reorientado a uma condição indistinguível e sobreponível à configuração original Elemento de simetria corresponde ao operador ou parâmetro que permite a reorientação A molécula de água pode ser girada por um ângulo de 180 resultando em um estado equivalente mas não idêntico Elementos de Simetria a Eixo próprio ou Eixo de rotação Cn É o eixo de ordem n tal que quando uma molécula é submetida a um giro 360n ao redor desse eixo Cn faz com que a nova molécula seja equivalente à original mas não idêntica Exemplos água BF₃ BF₂H etano Eixo principal é o eixo de maior ordem n Se a molécula apresentar mais de um eixo Cn de mesmo valor eles serão distinguidos por Cn Cn Cn Ex XeF₄ e Benzeno C1 ocorre em todas as moléculas Simbologia C₂ C₃ C₄ C₆ Sucessivos giros em torno do Cn e sentido Cn Moléculas contendo eixo de rotação 5 ferroceno eclipsado vista lateral e superior e ferroceno antiprismático cada molécula tem cinco eixos C₂ mas somente um é mostrado Após a rotação C₂ os átomos trocam de posição 11 Elementos de Simetria b Identidade E ou C₁ É um elemento de simetria que não altera a orientação do objeto e o deixa parecendo exatamente como originalmente posicionado Aplicase a todos os objetos e parece ser o mais simples dos operadores porém é de extrema importância visto que inúmeras moléculas não apresentam outra simetria além da identidade Funciona como elemento neutro como zero na adição e 1 na multiplicação c Plano de Simetria Se a reflexão de todas as partes da molécula produz uma configuração indistinguível o plano é um plano de simetria a operação é uma reflexão e o elemento é um plano de especular Assim como nos eixos de rotação semelhantes podemos diferenciálos por v e v Quando a molécula tem mais de um plano que contenha paralelo o eixo principal podemos distinguilos por V ou V σv vertical plano que contém o eixo principal σh horizontal plano perpendicular ao eixo principal Um tipo especial de plano de espelhamento que contém o eixo principal mas que bissecta o ângulo entre dois eixos binários adjacentes é representado por d No exemplo XeF4 v contém C2 e C2 e d contém C2 e C2 σᵥ includes the principle rotation axis σₕ is perpendicular to the principle rotation axis σd includes the principle rotation axis but lies between C2 axes that are perpendicular to the principle axis Borazine σᵥ σₕ σd σᵥ C6 σₕ σd σᵥ σₕ d Centro de Simetria inversão i É um ponto central comum i que correlaciona todos os átomos da molécula o que implica na mudança de todas as coordenadas Ou seja se a reflexão de todas as partes da molécula através do centro da molécula produzir uma configuração indistinguível o centro será um centro de inversão também chamado de centro de simetria i Observase o centro de inversão ao imaginarmos uma linha reta partindo de um átomo passando pelo centro ocupado ou não por um átomo e encontrando um átomo equivalente equidistante do centro Ci Ph Ci A inversão e o C₂ não são equivalentes Não se verifica centro de inversão cisN₂F₂ ou SiH₄ e Eixo impróprio Sn Se a rotação em torno de um eixo Cn seguida de reflexão através de um plano perpendicular a este eixo produz uma configuração indistinguível o eixo é um eixo de rotaçãoreflexão também chamada eixo de rotação imprópria Sn Consiste numa rotação de um eixo Cn neste caso C₄ seguida de uma reflexão no plano perpendicular a Cn A D D C B B C A D C A D σh σh C4 D C4 σh A molécula de etano com configuração alternada apresenta um eixo impróprio de rotação de ordem 6 que passa através dos dois átomos de carbono a 1 Rotação 2 Reflexão S1 σ b 1 Rotação 2 Reflexão S2 Figura 78 a Um eixo S1 é equivalente a um plano de reflexão e b um eixo S2 é equivalente a um centro de inversão ATENÇÃO Qualquer molécula pode ser classificada através das operações de simetria Shriver D F Atkins P W Química Inorgânica ed Bookman 2008 Housecroft C Sharpe A Química Inorgânica Vol 1 e 2 LTC Miessler G Fischer P Tarr D Química inorgânica ed Pearson 5ª edição 2014 httpssymotterorg Referências Site para simular operações de simetria