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Estruturas de ressonância e hibridação

Estruturas de ressonância, hibridização de orbitais, e densidade de elétrons localizadas e deslocalizadas. Versão original criada por Jay.

Transcrição de vídeo

RKA2G Vamos dar uma olhada no grupo funcional amida. A gente vai começar descobrindo o número estérico para este nitrogênio. O número estérico é igual ao número de ligações sigma (σ) (aqui a gente tem uma, duas, três ligações σ), mais o número de pares solitários de elétrons. Aqui a gente tem um par. O que resulta em um número estérico de 4 para este nitrogênio, o que significa quatro orbitais híbridos e também implica que este hidrogênio é um híbrido sp³. De vídeos anteriores, a gente sabe que a hibridização sp³ significa uma geometria trigonal piramidal para este nitrogênio. Essa é uma forma de olhar para esta função com este par de elétrons localizado no nitrogênio. Mas, agora que a gente sabe um pouco sobre estruturas ressonantes, a gente sabe que este par de elétrons não está localizado no nitrogênio. Ele está deslocalizado em ressonância. Então, podemos pegar este par de elétrons e movê-los para cá, formando uma ligação pi (π), o que força a gente a empurrar alguns elétrons π daqui para fora, para este oxigênio. Vamos desenhar a outra estrutura ressonante. Este oxigênio agora vai ficar com 3 pares solitários de elétrons e uma carga forma negativa. E agora, a gente tem uma ligação dupla entre este carbono e o nitrogênio. Vamos desenhar tudo aqui... E este nitrogênio fica com uma carga formal positiva. Agora a gente pode fechar o colchete de ressonância. Vamos seguir estes elétrons para ver o que aconteceu. Estes elétrons aqui, em lilás, agora estão formando esta ligação π entre o carbono e o nitrogênio. E agora estes elétrons π, em azul, foram para o oxigênio, resultando nesta carga formal negativa. Vamos calcular agora o número estérico para este nitrogênio, na segunda estrutura ressonante. O número estérico é igual ao número de ligações σ, e aqui a gente tem 1, 2, 3 ligações σ. Esta ligação em lilás é uma ligação π, então, ela não vai entrar nessa conta. Mais o número de pares solitários de elétrons. Neste caso é zero. Então, temos um número estérico de 3 para este nitrogênio. Isso indica três orbitais híbridos, o que significa uma hibridização sp² e uma geometria trigonal planar em torno deste nitrogênio. Uma geometria planar. Aqui a gente mostrou os elétrons sendo deslocalizados devido à ressonância. Estudos práticos mostraram que a amida é planar. Significa que estes elétrons em lilás não estão localizados no nitrogênio. Eles estão deslocalizados, o que implica que este nitrogênio é um híbrido sp². Um orbital "p", que permite que estes elétrons em lilás sejam deslocalizados. Este foi um exemplo de uma situação onde desenhar a estrutura de ressonância ajuda a gente a entender o que realmente está acontecendo. Este nitrogênio é um híbrido sp² e tem um orbital "p". Vamos dar uma olhada neste outro exemplo. A gente vai focar primeiro nesta parte da esquerda da molécula. A gente acabou de ver que este par solitário de elétrons está, na verdade, deslocalizado, participando em ressonância, e que isso afeta a geometria e a hibridização deste nitrogênio. Os elétrons em lilás estão deslocalizados, porque eles estão em ressonância. Se a gente pensar neste outro par solitário de elétrons, aqui na amina, eles não têm para onde ir. Eles não podem participar em ressonância. Então, estes elétrons estão localizados neste nitrogênio. E esse é o porquê de você poder pensar a amida como sendo diferente da amina, em termos de grupos funcionais e também em termos de como elas reagem e se comportam. Vamos ver um outro exemplo, que seria esta molécula aqui. Assumindo que o par de elétrons está localizado neste nitrogênio, vamos calcular o número estérico para ele. O número estérico é igual ao número de ligações σ, e aqui a gente tem uma, duas, três ligações sigma, mais o número de pares solitários de elétrons. Aqui a gente tem um par solitário de elétrons, o que dá para a gente o número estérico de 4. Então, quatro orbitais híbridos, o que implicaria para a gente uma hibridização sp³ para este nitrogênio. Mas a gente sabe que este par não está localizado no nitrogênio. Ele está, na verdade, deslocalizado, participando em ressonância. E a gente sabe disso por este padrão que podemos observar. A gente tem este par solitário de elétrons, em azul, próximo a uma ligação π que eu vou pintar de lilás. Podemos desenhar uma estrutura de ressonância. A gente pode pegar estes elétrons, movê-los para cá e empurrar estes elétrons em lilás para este carbono aqui. Vamos desenhar, então, a estrutura de ressonância. Aqui a gente tem o nitrogênio, aqui a gente tem o anel e este nitrogênio está ligado a um hidrogênio. Os elétrons em azul moveram para cá, formando uma ligação π e os elétrons em lilás moveram para fora, para este carbono aqui, deixando este carbono com uma carga formal negativa. Seguindo em frente, vamos calcular o número estérico para este nitrogênio, que agora está com uma carga formal positiva. O número estérico, novamente, vai ser o número de ligações σ que este nitrogênio está fazendo (a gente tem uma, duas, três ligações σ), mais o número de pares solitários de elétrons, que neste caso é zero, o que deixa a gente com o número estérico de 3. Três orbitais híbridos, o que implica em uma hibridização sp² para este nitrogênio. E, como a gente sabe que este par de elétrons está deslocalizado, ele vai ocupar um orbital "p". Portanto, este nitrogênio é um híbrido sp², porque a gente sabe que a hibridização sp² tem três orbitais híbridos sp² e um orbital "p". Estes elétrons em azul, então, na verdade, estão deslocalizados. Eles estão ocupando um orbital "p". Seguindo em frente, vamos desenhar isso aqui embaixo. Vamos supor que o nitrogênio está aqui e que a gente está vendo isso em perspectiva. Se este nitrogênio é um híbrido sp², ele tem um orbital "p". Então, vamos desenhar esse orbital "p" neste nitrogênio. Os elétrons em azul, como estão deslocalizados, vão ocupar esse orbital "p". Assim, eles podem participar em ressonância. Vamos só desenhar o hidrogênio, que faltou aqui. A gente poderia ter continuado desenhando outras estruturas de ressonância. Aqui a gente tem uma ligação dupla, que eu esqueci de colocar. A gente pode mover estes elétrons para cá e empurrar estes elétrons para este outro carbono aqui, mas não vamos fazer isso por uma questão de tempo. O que a gente está fazendo já é o suficiente para mostrar como a ressonância afeta a hibridização, ou como você deve pensar sobre a hibridização quando desenha essas estruturas. Continuando nosso desenho, a gente tem aqui esses quatro carbonos. E todos eles têm uma ligação dupla, o que significa que eles são híbridos sp². E, se estes carbonos são híbridos sp², todos eles vão ter um orbital "p". Então, a gente pode seguir em frente e desenhar um orbital "p" em todos esses carbonos. Aqui o segundo carbono, o terceiro e, finalmente, o quarto. E você pode pensar nestes elétrons, que eu vou pintar em vermelho, também participando em ressonância. Então, temos um total de 6 elétrons participando em ressonância, que seriam esses quatro que eu acabei de pintar aqui e esses dois em azul, que ocuparam esse orbital "p". Esse conceito é muito importante quando a gente está lidando com compostos aromáticos, então, treine essa habilidade de identificar se os elétrons estão localizados ou deslocalizados. Neste caso, os elétrons do nitrogênio estão deslocalizados, participando em ressonância. Vamos partir para outro exemplo, que vai ser o último exemplo deste vídeo. A gente vai começar, de novo, calculando o número estérico para este nitrogênio. O número estérico é igual ao número de ligações σ que o nitrogênio está fazendo. Aqui a gente tem uma e aqui ele faz uma ligação dupla: uma delas é uma ligação σ e a outra, π. Então, a gente tem duas ligações σ, mais o número de pares solitários de elétrons. A gente tem 1. Então, a gente fica com um número estérico de 3 para este nitrogênio. Isso implica em 3 orbitais híbridos, então, a gente tem uma hibridização sp². Se este nitrogênio é um híbrido sp², ele tem um orbital "p". Vamos desenhar aqui o orbital "p" deste nitrogênio. Vamos pensar também sobre os carbonos deste anel. A gente tem 1, 2, 3, 4, 5 carbonos e podemos perceber que todos eles fazem uma ligação dupla, o que significa que eles são híbridos sp² também. Então, eu posso desenhar um orbital "p" para cada um desses carbonos. Estes carbonos têm três orbitais híbridos sp² e um orbital "p", não híbrido. A ideia é a mesma para este nitrogênio aqui: se ele é um híbrido sp², ele tem três orbitais híbridos sp² e um orbital "p", não híbrido. A gente já desenhou o orbital "p" para este nitrogênio, então, vamos seguir em frente e desenhar os orbitais híbridos sp² em lilás. O primeiro deles vai estar aqui, fazendo esta ligação σ, o segundo vai estar fazendo esta outra ligação σ, então, a gente deve ter um terceiro logo aqui, que é onde vai estar este par de elétrons aqui. Este par de elétrons em azul está localizado neste orbital sp² do nitrogênio. Este par de elétrons está localizado neste orbital híbrido sp². Esses elétrons não podem participar em ressonância, porque este nitrogênio já faz uma ligação π. Então, estes elétrons aqui, que eu vou pintar em verde, já estão usando este orbital "p" do nitrogênio. Isso significa que os elétrons em azul não podem usar este orbital "p". Então, eles estão localizados no nitrogênio. Isso deve ser diferente do que você pode ter pensado à primeira vista, pelo padrão que a gente discutiu, porque aqui, de novo, a gente tem um par solitário de elétrons próximo a uma ligação π, então, você pode ter pensado que a gente poderia desenhar uma estrutura de ressonância aqui, também. E a razão pela qual a gente não pode fazer isso de novo é que estes elétrons, em verde, estão participando em ressonância. Então, eles estão ocupando esse orbital "p". Isso é uma exceção do que a gente tinha falado anteriormente sobre o padrão. É uma coisa para se prestar atenção.