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Número estérico

Uma maneira de determinar a hibridização de um átomo é calcular seu número estérico, que é igual ao número de ligações sigma ao redor do átomo mais o número de pares isolados nos átomos. Neste vídeo, nos concentramos em átomos com um número estérico de 4, o que corresponde à hibridização sp³. Versão original criada por Jay.

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Transcrição de vídeo

RKA4JL - O número estérico é bem útil porque nos diz quantos orbitais hibridizados nós temos e para encontrá-lo nós precisamos somar as nossas ligações sigmas com o número de par de elétrons livres. Nós vamos fazer isso para a nossa molécula de metano. Então se nós quisermos encontrar o nosso número estérico, ele vai ser igual ao número de ligações sigmas. Se nós olharmos na nossa molécula de metano, basta olharmos para o nosso carbono e contar as ligações que são uma, duas, três, quatro, ou seja, quatro ligações simples, que é a mesma coisa que quatro ligações sigmas. Como temos zero par de elétrons livres, então vamos somar zero aqui. E claro, quando eu falo que são pares solitários, é a mesma coisa que pares de elétrons livres. Isso aqui vai ser igual a quatro, que vai ser o nosso número estérico. No vídeo anterior, nós vimos que na situação de hibridização sp³ nós temos quatro orbitais híbridos. Então o número estérico sendo quatro nos diz que precisamos de quatro orbitais híbridos. Então nós pegamos um orbital "s" e três orbitais "p", como nós vimos na aula anterior. Isso nos dá quatro orbitais híbridos sp. Então esse carbono aqui deve ter hibridização sp³. No último vídeo nós desenhamos tudo isso. Nós desenhamos o nosso carbono e desenhamos aqueles quatro orbitais híbridos sp³. Nós também tínhamos os nossos elétrons de valência em cada orbital. Tínhamos nossos hidrogênios com os elétrons em sua valência também. E claro, isso em um orbital não hibridizado. Então colocamos todos os nossos hidrogênios e nós também tínhamos a nossa sobreposição ou junção, que eram as nossas ligações sigmas, e eu estou pintando todas elas. Agora que temos o desenho dessa molécula de metano, nós podemos pensar nos pares de elétrons livres que vão se repelir um do outro com cargas iguais. Eles vão se repelir. Nós temos uma teoria que diz que esses elétrons vão tentar se repelir e se afastar dos demais o mais longe possível, ou seja, o máximo que puderem no espaço. Isso significa que o arranjo desses pares de elétrons acaba sendo de uma forma tetraédrica, ou tetraédrico. Eu vou escrever aqui que é uma forma tetraédrica, ou seja, um arranjo tetraédrico, que é a mesma coisa que dizer que o arranjo dos pares de elétrons acabam formando um tetraedro em volta do nosso carbono. Quando nós pensamos na geometria molecular é a mesma coisa que pensarmos na geometria dos elétrons. Então você pode pensar na geometria da molécula como um todo. Posso pensar em desenhar os elétrons e posso colocar, agora, os meus hidrogênios aqui, aqui, aqui e também aqui. Mas claro, isso é só uma forma de representar a molécula de metano. Desse jeito nós tentamos representar geometricamente a fórmula da molécula de metano, ou seja, toda a molécula. O arranjo dos átomos também é tetraédrico. De novo, vou escrever que o arranjo dos átomos também é tetraédrico. Como o tetraedro é uma figura de quatro lados, você pode tentar enxergar um tetraedro aqui. Então aqui é a primeira face do nosso tetraedro. Aqui nós temos a nossa segunda face e aqui uma outra face. Então se você observar, nós temos quatro faces do tetraedro. No grupo dos elétrons, a geometria é tetraédrica e a geometria molecular do metano também é tetraédrica. Nós também temos um ângulo de ligação, que é esse ângulo na ligação de hidrogênio com carbono e hidrogênio e esse ângulo é de aproximadamente 109,5 graus. Vamos fazer uma outra análise para uma molécula diferente, que eu vou colocar aqui. Vai ser a molécula de amônia. Eu estou colocando-a aqui. Nós temos, então, o NH₃ e precisamos encontrar o seu número estérico, que vai ser o número de ligações sigmas mais os pares de elétrons livres. Então aqui eu tenho uma, duas, três ligações sigmas e aqui mais... Observe que nós temos um par de elétrons livres, então aqui temos um com mais três. Vai dar um total de quatro, que é o nosso número estérico. Isso nos diz que precisamos de quatro orbitais hibridizados e por isso nós vamos ter hibridização sp³ aqui no nitrogênio, porque isso vai nos dar quatro orbitais híbridos. Então vamos desenhar. Nós temos o nosso nitrogênio com os seus quatro orbitais, aqui o nosso terceiro, e por fim o nosso quarto. Da estrutura de pontos, você tem um, dois, três e quatro elétrons. Aqui nós temos outro, por causa desses elétrons livres. Agora colocando os nossos hidrogênios e sabendo que cada hidrogênio tem um elétron de valência, ou seja, em orbital não hibridizado "s", então vamos colocar os nossos hidrogênios aqui com seu elétron, aqui também com o seu elétron e aqui com o seu elétron. Agora nós podemos pintar a nossa junção ou sobreposição, o que vai nos dar uma ligação sigma aqui, uma outra aqui, e por fim a terceira ligação sigma na amônia. E claro, nós também temos esse par de elétrons livres aqui e o arranjo desses pares de elétrons é justamente o que nós falamos antes, ou seja, é tetraédrico igual falamos antes. Então temos um arranjo tetraédrico também, ou seja, é assim que eles vão se repelir. Eu vou fazer outro desenho para falar da geometria molecular. Então se eu colocar o meu nitrogênio, colocar os elétrons ligantes e também colocar os meus hidrogênios... Se eu coloco os meus elétrons que não estão fazendo ligação, eles vão ficar aqui dentro de um orbital hibridizado sp³, ou seja, eles residem em um orbital hibridizado sp³. Mas o arranjo dos átomos acabam não sendo tetraédrico, isso por causa desses elétrons aqui no topo. O que acontece é que esse par de elétrons livres acaba repelindo os elétrons que estão fazendo a ligação mais forte do que o do nosso exemplo anterior e por haver uma repulsão maior do que nosso exemplo anterior, nós não temos um ângulo de ligação aqui. E por haver ainda uma força de repulsão maior do que a do nosso exemplo anterior, esse ângulo não vai ser de 109,5 graus, ou seja, vai ser um ângulo menor. Então podemos dizer que esse ângulo aqui é de aproximadamente 107 graus. Pensando na geometria da molécula, nós não dizemos que isso daqui forma um tetraédrico, ou seja, não tem uma forma tetraédrica. Ela tem o que chamamos de piramidal trigonal. Então a geometria da amônia, na verdade, é piramidal trigonal. Pensando no nome "piramidal trigonal", o termo trigonal vem do fato de o nitrogênio estar rodeado de três hidrogênios e o termo piramidal significa que se ignorar o par de elétrons livres e fizer o desenho colocando somente o nitrogênio, você acaba tendo uma pirâmide que você pode olhar do topo. Fica mais ou menos assim. Daí o tempo piramidal. E claro, esse nitrogênio está ligado a três átomos. Então "piramidal trigonal" é a geometria da molécula de amônia, e claro, o nitrogênio tem hibridização sp³. Então vamos fazer outro exemplo. Eu vou colocar a água. Aqui tem o oxigênio com seus elétrons e também temos dois hidrogênios. Primeiro nós calculamos o número estérico. Aqui temos o nosso número estérico, que vai ser igual ao número de ligações sigmas, que vai ser uma, duas. Então eu coloco dois aqui. Isso eu vou somar com o número de pares de elétrons livres. Eu tenho um, e outro aqui. Então mais dois. E nosso número estérico vai ser igual a quatro, ou seja, precisamos de quatro orbitais hibridizados. Como vimos anteriormente, quando precisamos de quatro orbitais hibridizados nós temos uma situação de hibridização sp³. Então esse oxigênio aqui tem hibridização sp³. Nós podemos desenhar o nosso oxigênio com quatro orbitais híbridos, aqui o segundo, o terceiro e o quarto. E se nós colocarmos os elétrons nos orbitais, aqui temos um, outro e esses outros orbitais vão ter dois cada um, ou seja, nós temos um total de seis elétrons de valência do nosso oxigênio. Colocando os nossos hidrogênio em um orbital não hibridizado "s", nós vamos ficar com um hidrogênio aqui com um elétron, outro aqui com outro elétron, e nós temos uma sobreposição de ligações, ou seja, uma junção de ligações que formam uma ligação sigma (que posso pintar aqui e aqui também). Essas duas aqui são as nossas ligações sigmas para a água. Novamente, se eu arranjar os pares de elétrons, nós vamos ver que é tetraédrico. E novamente, pela nossa teoria, nós sabemos que os elétrons se repelem e a geometria do grupo de elétrons acaba sendo tetraédrica. Mas de novo, a geometria molecular não vai ser tetraédrica. Isso porque se eu fizer o desenho aqui, nós vamos ter o nosso oxigênio com os nossos elétrons das ligações com o hidrogênio e os elétrons livres nós colocamos dessa forma aqui, que são os elétrons que não estão fazendo ligações e aqui nós temos uma situação diferente do que nós vimos com a amônia. Isso porque antes nós tínhamos um par de elétrons livres repelindo esses elétrons aqui e aqui. Agora na molécula de água nós temos dois pares de elétrons que estão repelindo aqui e aqui, ou seja, repelindo os elétrons ligantes. Isso vai fazer com que o ângulo de ligação seja alterado, ou seja, ele vai ser ainda menor do que o nosso 107 graus ali. Isto é, esse ângulo vai decrescer para aproximadamente 105 graus. E claro, se a gente pensar na geometria da molécula ou no formato da molécula de água, nós chamamos isso de angular. Deixe-me escrever aqui: angular. Isso porque você ignora os dois elétrons livres e fica somente com o oxigênio e as suas ligações, ou seja, nós temos uma geometria angular aqui. Nós vimos três exemplos de moléculas aqui, sendo que sempre o átomo central tem hibridização sp³. Essa é uma boa forma de encontrar a geometria molecular e também de pensar em como esses átomos híbridos afetam na estrutura das moléculas.