A QUÍMICA ORGÂNICA APLICADA

QUÍMICA ORGÂNICA APLICADA

Teoria do Orbital Molecular (TOM)

Prof. Dr. Luiz Fernandes

Betim, março de 2020

Química Orgânica – Prof. Luiz Fernandes 2

TEORIA DO ORBITAL MOLECULAR (TOM)

Pela TLV, os elétrons estariam localizados nos átomos como elétrons desemparelhados ou entre os átomos formando uma ligação química. Esta ligação química ocorreria pela combinação de dois orbitais atômicos de energia semelhante, sendo que essa combinação ocorre quando esses orbitais se aproximam o suficiente para que haja uma sobreposição, formando um orbital molecular.

Porém, a TLV não consegue explicar:

• As propriedades de algumas moléculas;

• O papel do par eletrônico na ligação química;

• A geometria de algumas moléculas (diborano, B2H6);

• O magnetismo molecular (paramagnetismo do O2).

Friedrich Hermmann Hund 1896 a 1997

Química Orgânica – Prof. Luiz Fernandes 3

TEORIA DO ORBITAL MOLECULAR (TOM)

Na Teoria de Ligação de Valência (TLV) a ligação covalente se dá pela superposição entre dois orbitais atômicos monoocupados, sejam híbridos ou não. Ou seja, a formação da ligação ocorre através da aproximação de dois átomos e interação das camadas de valência. Na Teoria dos Orbitais Moleculares (TOM), o orbital atômico localizado é substituído por orbitais moleculares (OMs) deslocalizados por toda a molécula. Os OMs são construídos a partir da combinação linear de orbitais atômicos de átomos distintos. A TOM foi desenvolvida anos após o Robert Sanderson Mulliken 1896 a 1986

estabelecimento da TLV, principalmente pelos esforços de Friedrich Hund e Robert Mulliken, sendo chamada inicialmente de teoria Hund- Mulliken. A palavra "orbital" foi introduzida por Mulliken em 1932 e já em 1933 a teoria foi aceita pela comunidade científica.

Química Orgânica – Prof. Luiz Fernandes 4

TEORIA DO ORBITAL MOLECULAR (TOM)

Os Hidretos de Boro (Boranos) Os boranos são hidretos de boro, ou seja, compostos formados por boro e hidrogênio. O diborano, B2H6, é um gás incolor à temperatura ambiente com odor repulsivamente doce, que se mistura bem com o ar formando misturas explosivas, sendo usado em síntese orgânica e como um poderoso agente redutor em reações químicas. O diborano tem oito átomos, sendo necessárias sete ligações químicas pela TLV, com 14 elétrons de valência. Entretanto, a fórmula estrutural do diborano mostra apenas 12 elétrons de valência. Para que isso seja possível, os átomos de hidrogênio no centro da molécula deverão estar compartilhando apenas um par de elétrons com os dois átomos de boro. Pela TOM, as ligações BHB hoje são conhecidas como ligações de ponte, ou ligação de dois elétrons com três centros.

Paramagnetismo do oxigênio A maneira como as substâncias se comportam frente a um campo magnético podem fornecer informações sobre o arranjo de seus elétrons. O diamagnetismo significa que todos os elétrons de uma molécula estão emparelhados, enquanto o paramagnetismo indica que a molécula tem elétrons desemparelhados. De acordo com a TLV, o O2 deveria ser diamagnético. Porém, quando o oxigênio líquido é derramado sobre um ímã ele se adere aos polos indicando ser paramagnético.

Química Orgânica – Prof. Luiz Fernandes 5

TEORIA DO ORBITAL MOLECULAR (TOM)

TEORIA DO ORBITAL MOLECULAR (TOM)

Pela Teoria do Orbital Molecular, ocorre a sobreposição em fase entre os orbitais atômicos e também uma sobreposição fora de fase, resultando em dois orbitais moleculares, um ligante,de menor energia e outro antiligante, de maior energia. Nesse orbital antiligante, a amplitude da função de onda é cancelada entre os átomos, dando origem a um nó ou plano nodal. Assim, o resultado da interação dos dois orbitais atômicos é gerar os dois orbitais moleculares, ligante e antiligante.

Química Orgânica – Prof. Luiz Fernandes 6

Química Orgânica – Prof. Luiz Fernandes 7

TEORIA DO ORBITAL MOLECULAR (TOM)

Química Orgânica – Prof. Luiz Fernandes 8

TEORIA DO ORBITAL MOLECULAR (TOM)

Enquanto na TLV assume-se que os elétrons de uma ligação estão localizados entre os dois átomos ligados, na TOM entende-se que os elétrons pertencem à molécula como um todo. Pela TOM, os elétrons ocupam orbitais moleculares que se espalham por toda a molécula, em uma Combinação Linear de Orbitais Atômicos (CLOA). O número de orbitais moleculares formados será sempre igual ao número de orbitais atômicos envolvidos na sua ligação.

TEORIA DO ORBITAL MOLECULAR (TOM)

Como o total de elétrons disponíveis no H2 são dois, eles ficam no orbital molecular ligante, que é o de mais baixa energia. O resultado é a redução da energia total, tornando o H2 mais estável que dois átomos livres de hidrogênio. Desse modo, se a energia total dos elétrons nos orbitais moleculares for menor que nos orbitais atômicos, a molécula será estável em relação aos átomos separados; caso contrário, a molécula será instável e provavelmente não se formará. A diferença existente entre os níveis de energia corresponde à força da ligação H – H.