Hibridização sp³

RKA4JL - Neste vídeo nós vamos falar sobre hibridização sp³ no metano e no etano. Vamos começar construindo a sua estrutura de pontos. Então aqui eu tenho um carbono com quatro elétrons ao seu redor e também tenho quatro hidrogênios, cada um com o seu elétron e a estrutura também pode ser refeita com o carbono no meio com suas quatro ligações, ligações com hidrogênios, dessa maneira. Então os quatro elétrons de valência que o carbono trouxe são esses aqui. Esses quatro elétrons de valência devem ser equivalentes. Se olharmos a configuração eletrônica que eu vou colocar.... Então a configuração eletrônica vai ser 1s² e colocamos dois elétrons aqui no orbital s, 2s², e colocamos dois elétrons no orbital 2s, dois elétrons com spins opostos e mais dois elétrons aqui no orbital 2p. E coloco dois elétrons aqui no orbital 2p. Estou supondo que você conhece a configuração eletrônica e já deve estar acostumado com isso. Eu quero que você observe esses elétrons que vou circular. Se você notar bem, nós temos aqui dois elétron desemparelhados, e isso nos diz que só podemos formar duas ligações com o nosso carbono. Então nós vemos experimentalmente e na estrutura de pontos que isso não corresponde à nossa configuração eletrônica. O que explica isso, na verdade, foi a ideia que Linus Pauling trouxe, que é ideia de hibridização, que é o que vamos falar nesta aula. Então o que podemos fazer na verdade é apagar esse elétron do orbital 2s, que já estou apagando, e movê-lo para o orbital 2p. Então eu posso mover o elétron para esse orbital 2p aqui. Agora, finalmente, o nosso carbono pode formar quatro ligações, mas esses elétrons não são de energia equivalente. O que Linus Pauling disse foi: "Vamos mexer nisso daqui". Então vamos promover esse orbital em termos de energia e vamos rebaixar esse orbital p em energia. Então aqui estou rebaixando em energia. Rebaixando em termo de energia nós temos o nosso orbital p aqui, aqui e aqui, porque nós já vimos que o orbital p pode ser visto tridimensionalmente. Nós temos um elétron em cada um deles, então um aqui, outro aqui, aqui e aqui também. O que nós vamos fazer será hibridizá-los. Quando fazemos isso, esse orbital agora não é mais um orbital s, e sim um orbital sp³, esse aqui também é um orbital sp³, aqui também, e aqui também um orbital sp³. A ideia é sempre pegar um orbital de caráter s e um orbital de caráter p, e hibridizá-los. Quando fazemos isso, nós vamos ter um novo orbital e quando pegamos um orbital s e três orbitais p, nós chamamos isso de hibridização, ou melhor, hibridização sp³. Agora nós temos quatro elétrons desemparelhados e por isso o carbono agora pode formar as quatro ligações. Agora essas ligações estão iguais em energia, e isso é a ideia de hibridização. Vamos pensar na forma desse novo orbital híbrido? Como sabemos, o orbital s tem a forma de uma esfera, mais ou menos assim. E claro, só temos um orbital s (então vou colocar aqui um orbital s porque só temos um ali no nosso orbital híbrido). Pensando na forma do nosso orbital p, sabemos que ele tem forma de um haltere, mais ou menos assim. E claro, nós temos três orbitais p. Quando nós hibridizamos, a forma híbrida do nosso novo orbital é parecida com essa aqui. E claro, nós temos que fazer quatro desses, por isso que eu vou colocar quatro aqui. Novamente nós temos quatro orbitais híbridos. Cada um desses orbitais híbridos tem um elétron nele, e podemos ver que cada um deles possui um elétron e o orbital final tem 25% de caráter s e tem 75% de caráter p, ou seja, esse novo orbital híbrido aqui. Isso porque nós começamos com um orbital s e três orbitais p. Vamos voltar para o nosso metano e desenhar na tela porque esse carbono aqui é híbrido em sp³. Então vamos descer e fazer um desenho do carbono hibridizado. (Deixe-me descer a tela). Então vamos desenhar nosso carbono aqui. Sabemos que ele tem quatro orbitais híbridos em sp³. E quando desenharmos os orbitais, nós vamos ignorar esse lóbulo aqui. Seguindo com nosso desenho, nós desenhamos um orbital para o carbono, ou seja, um orbital híbrido em sp³. Aqui um outro orbital híbrido em sp³, aqui mais um e aqui mais um. Então deixe-me subir de novo o meu desenho porque quero mostrar para vocês que esses orbitais híbridos aqui têm um elétron de valência, e com isso eu posso colocar aqui no desenho o meu único elétron de valência em cada um dos orbitais híbridos, em cada um desses aqui. Se nós estamos falando do metano, cada carbono é ligado com quatro hidrogênios. Então cada hidrogênio tem um orbital s não híbrido e cada hidrogênio tem um elétron no mesmo. Então seguindo com nosso desenho, aqui nós temos um orbital s não hibridizado e cada um desses orbitais não hibridizados tem um elétron de valência (deixe-me fazer isso para os quatro). E claro, isso é apenas um desenho de uma molécula de metano, mas para isso tenho que completar com os meus hidrogênios aqui, aqui, aqui e aqui. Nós vamos pensar nessas ligações que nós fizemos na nossa molécula e se você olhar bem, aqui nós temos uma sobreposição de orbitais, ou seja, uma junção de orbitais. Isto é, a sobreposição de um orbital híbrido sp³ com um orbital não híbrido s do hidrogênio, que é esse hidrogênio aqui. É nesta interseção aqui que está acontecendo o compartilhamento de elétrons, ou seja, na cabeça da sobreposição. Essa junção aqui nós chamamos de ligação σ (sigma) na química. Deixe-me escrever para você que aqui é uma ligação σ. E claro, isso vai acontecer mais três vezes na molécula de metano, que vai ser aqui, aqui e também aqui. Então podemos dizer que nessa molécula nós temos um total de quatro ligações σ, que são essa, essa, essa e por fim essa aqui. Mas agora vamos olhar para a molécula de etano. A molécula de etano tem uma fórmula molecular que é C₂H₆, ou seja, nós temos dois carbonos e seis hidrogênios. Pensando no desenho dele, nós temos dois carbonos e também temos os nossos seis hidrogênios, que estão espalhados dessa forma. Nós vimos com nossa molécula de metano que quando temos um carbono com quatro ligações simples, ele deve ser hibridizado em sp³, ou seja, quando nós pensamos nesse carbono com quatro ligações simples, isso aqui é uma hibridização sp³. Nós vamos usar a mesma lógica aplicando o nosso etano aqui. Se você olhar cada carbono aqui no etano, verá que ele tem quatro ligações simples, então cada carbono no etano é híbrido em sp³. O que eu vou fazer aqui é desenhar isso com os orbitais. Então se cada carbono é híbrido em sp³, isso significa que cada carbono deve ter quatro orbitais híbridos em sp³. Deixe-me desenhar isso aqui ao lado para ficar com mais espaço. Colocando o nosso carbono aqui sabemos que cada carbono tem quatro orbitais híbridos sp³. Então eu vou continuar fazendo o mesmo desenho que eu fiz anteriormente. Sabemos também que o outro carbono é híbrido em sp³, então eu coloco meu carbono e posso desenhar quatro orbitais híbridos em sp³. O último eu coloco aqui. Pensando em termos de elétrons, temos um elétron nesse orbital, nesse, nesse aqui, nesse aqui e no outro carbono nós também temos um elétron aqui, nesse outro orbital, nesse e por fim nesse aqui. Podemos colocar o nosso hidrogênio, e como sabemos, cada hidrogênio tem um orbital s não híbrido. Então um aqui com seu elétron, aqui também com o seu elétron, aqui. Então temos mais um hidrogênio aqui, mais um aqui (claro, sempre com o seu elétron), e por fim, outro aqui com o seu elétron. Isso porque nós temos um total de seis hidrogênios. Se você contar, aqui temos um, dois, três, quatro, cinco, seis, totalizando os seis hidrogênios. Como eu disse para vocês, uma ligação σ é uma junção, ou seja, uma sobreposição. Então nós vamos ter, olhando para o nosso desenho, uma junção aqui, uma outra aqui, aqui, outra aqui, outra aqui, aqui e por fim aqui. Ou seja, se você contar essa junções nós temos um total de sete ligações sigma. Então na molécula de etano nós temos um total de sete ligações σ. Nós podemos ver na nossa estrutura de pontos que aqui temos uma, duas, três, quatro, cinco, seis e sete ligações sigma. O que nós vamos fazer agora é focar nessas ligações entre os carbonos aqui, ou seja, nessa ligação σ aqui, que nós vamos começar a observar agora. Eu quero que vocês saibam que existe uma rotação livre ao redor dessa ligação σ, ou seja, podemos imaginar rotacionando assim ao redor da ligação entre os carbonos. Nós podemos rotacionar no espaço e isso vai nos dar diferentes combinações dessa molécula de metano aqui, ou seja, nós temos uma rotação livre em volta dessa ligação σ aqui. Vamos escrever isso aqui: uma rotação livre. A última coisa que eu quero falar sobre essa molécula de etano é em relação ao comprimento da ligação, ou seja, entre o comprimento desses carbonos aqui. O comprimento entre essa ligação aqui é de aproximadamente 1,54 angstrom. Então é de aproximadamente 1,54 angstrom. E claro, nós vemos diferentes valores em outras notações, mas vamos dizer que é algo próximo desse valor aqui. Em futuras aulas nós iremos comparar o comprimento dessa ligação com outras moléculas.