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Seminário
Teoria de Ligação de Valência - TLV
UMA ABORDAGEM MECÂNICO QUÂNTICA
DAS LIGAÇÕES COVALENTES
Autor: Marcelo Alves de Souza
Mestrando
UFABC
2015
Disciplina Química Integrada 1
Teoria de Ligação de Valência - TLV
O modelo de repulsão de pares eletrônicos no nível de valência (RPENV)
POR QUE AS LIGAÇÕES ENTRE OS ÁTOMOS EXISTEM?
Teoria de Ligação de Valência - TLV
A dualidade onda – partícula formulada por em 1925 por Louis de Broglie sugeriu que as partículas fossem consideradas como onda
NATUREZA ONDULATÓRIA DO ELÉTRON PRINCÍPIO DA INCERTEZA
A dualidade onda – partícula elimina a possibilidade de descrever a localização se o momento linear é conhecido e não se pode es
Teoria de Ligação de Valência - TLV
Solução Exata
Sistemas monoeletrônicos
Soluções para sistemas
polieletrônicos ???
Aproximação de Born Oppenheimer
“Núcleo Estático
Teoria de Ligação de Valencia (TLV) 1927
Teoria de Orbital Molecular
(MO) 1928
Equação de Schrondinger
1926
Hartree-Fock Método do campo autoconsistente, cada eletron se move num campo esfericamente simétrico.
Teoria de Ligação de Valência - TLV
Equação de Schrondinger Independente do tempo
Operador Hamiltoniano
Operador Laplaciano
Teoria de Ligação de Valência - TLV
Programas de computador modernos foram concebidos graças ao desenvolvimento da TLV moderna, a figura abaixo foi elaborada com
Teoria de Ligação de Valência - TLV
Os núcleos são considerados estáticos em relação aos elétrons que se movimentam no campo dos núcleos.
Aproximação de Born-Oppenheimer
Uma das aproximações que deram início ao desenvolvimento da TLV
Podemos imaginar que os núcleos estejam fixos em posições arbitrárias e resolver a Equação de Schrondinger para obter a funçã
Ela permite que se fixe uma separação entre os núcleos de uma molécula e então resolve
Dessa maneira podemos explorar como a energia da molécula varia com o comprimento da ligação e obter uma
Teoria de Ligação de Valência - TLV
Heitler e London
A função de onda aproximada escolhida por Heitler e London foi:
Ψ= 1Sa(1)1Sb(2) + 1Sa(2)1Sb(1)
O argumento para esta escolha foi,
1° considerar os dois átomos de H, cada qual com seu elétron. A função de onda que coloca o elétron 1 no núcleo a e o elétron 2 no núcleo
Φ= 1Sa(1)1Sb(2)
Sugeriram que os elétrons são partículas indistinguíveise portanto devem exprimir este fato. Existem duas funçõs de onda para
Ψs= 1Sa(1)1Sb(2) + 1Sa(2)1Sb(1)= φ1+φ2
Ψa= 1Sa(1)1Sb(2) - 1Sa(2)1Sb(1)= φ1-φ2
A função de onda Ψs é chamada simétrica nas coordenadas dos elétrons . A função Ψa é chamada antissimétrica nas coordenadas d
Teoria de Ligação de Valência - TLV
Moléculas diatômicas Homonucleares
A TLV foi a primeira teoria baseada na Mecânica Quântica desenvolvida para ligação química. Ela introduz uma linguagem que e
conceitos importantes como emparelhamento de spins,
Ligações σ e π, hibridização que são amplamente utilizadas em
química, em especial em propriedades e reatividades de compostos orgânicos. E ainda é a base para o desenvolvimento da
A TLV considera que uma ligação é formada quando um elétron em um orbital atômico emparelha seu spin com o de outro elétron d
Spin do elétron = Momento angular do elétron.
Teoria de Ligação de Valência - TLV
Moléculas diatômicas Homonucleares
A TLV foi a primeira teoria baseada na Mecânica Quântica desenvolvida para ligação química. Ela introduz uma linguagem que e
conceitos importantes como emparelhamento de spins,
Ligações σ e π, hibridização que são amplamente utilizadas em
química, em especial em propriedades e reatividades de compostos orgânicos. E ainda é a base para o desenvolvimento da
A TLV considera que uma ligação é formada quando um elétron em um orbital atômico emparelha seu spin com o de outro elétron d
Spin do elétron = Momento angular do elétron.
Teoria de Ligação de Valência - TLV
O emparelhamento dos spins
O número quantico de spin, cujos valores permitidos são +1/2 ou -1/2, determina a magnitude e o sentido do spin. Introduzimos du
Quando os spins tem o mesmo sentido, dizemos que são paralelos, e quando tem sentidos opostos, saõ antiparalelos. O fatos dos
Função antissimétrica:
Teoria de Ligação de Valência - TLV
Ligação σ e ligação π
Ligação σ
Na TLV quando dois átomos de H se aproximam seus spins opostos se superpoen e fomam uma ligação
Ligação π
Forma-se uma ligação π há uma superposição de orbitais e emparelhamento de spins de elétrons em orbitais p com seus eixos perpendiculares ao eixo
Teoria de Ligação de Valência - TLV
HIBRIDIZAÇÃO DE ORBITAIS ATÔMICOS
Heitler – London começaram a investigar o orbital atômico e Linus Pauling fundamentou a hibridização do orbital atômico como sendo a soma dos orbitais atômicos.
Orbital é apenas uma função matemática [Ψ(x,y,z)] das coordenadas de posição de um elétron que descreve um estado eletrônico estacionário num átomo ou numa molécula. As expressões matemáticas que definem as formas tridimensionais dos orbitais são obtidas como solução da Equação de Schrodinger para o sistema químico em estudo.
A teoria de hibridização já começa a apontar a algumas das falhas da TLV, se considerarmos apenas os elétrons de valência, al
Teoria de Ligação de Valência - TLV
De igual forma a configuração eletrônica de valência do carbono, 2s22p2, não justifica nem o número de ligações equivalente
Teoria de Ligação de Valência - TLV
Houve então a necessidade de se desenvolver uma maneira de se explicar estes fatos, então Linus Pauling desenvolveu o conceit
Dessa forma justifica-se a tetravalência do carbono. Já os angulos são justificados levando em conta a interferência dos orbitai
Teoria de Ligação de Valência - TLV Orbitais híbridos formados pelos orbitais atômicos s e p
50% caráter s
33 % caráter s
25% caráter s
Teoria de Ligação de Valência - TLV
Orbital não é a probabilidade de se encontrar um elétron naquele espaço, orbital é uma função de onda de um elétron que descreve um estado eletrônico num átomo ou molécula
Teoria de Ligação de Valência - TLV
Como toda função matemática , dependendo dos valores de x, y e z, as funções de onda podem ter valores positivos ou negativos. Esses valores nos dão as SUPERFÍCIES LIMITES dos orbitais atômicos.
Os três orbitais p (px, py e pz) são ortogonais entre si, ou seja, formam entre si um ângulo de
90°.
Conhecer os sinais dos lóbulos dos orbitais é importante porque a superposição entre dois orbitais será eficiente apenas se os seus lóbulos (que vão se superpor) tiverem o mesmo sinal.
Teoria de Ligação de Valência - TLV
A formação de uma ligação covalente, à luz da TLV clássica, reside em considerar a interferência construtiva entre duas funções de onda monoeletrônicas. Para que a interferência seja construtiva, isto é, para que o recobrimento entre os dois orbitais seja não-nulo, os sinais das funções de onda e a simetria dos orbitais têm que ser apropriados. Uma ligação covalente se forma pela interferência construtiva entre duas ondas estacionárias (estados estacionários); para que isso ocorra, as ondas precisam estar em fase.
Teoria de Ligação de Valência - TLV
Na formação das ligações π, para que haja recobrimento (superposição) eficiente, os lóbulos positivos e negativos dos orbitai
Teoria de Ligação de Valência - TLV
Resultados do método de Heitler e London
Quando calculamos a energia através do método de Heittler conduz ao mínimo na curva de energia potencial,mas a função
Somente quando os spins são antiparalelos, as duas ondas eletrônicas podem estar em fase na regiao internuclear e reforcarem
Teoria de Ligação de Valência - TLV
TLV: Os problemas 1) Os resultados previstos para a energia de ligação (303,3 kJ e o Re calculado 0,080nm não é muito correto, pois não dá muit2) Ele indicaria que a energia de ligação é devida principalmente ao grande espaço disponível para os elétrons e consequentem3) Para resultados mais precisos exige a introdução de termos para correlação eletrônica
Teoria de Ligação de Valência - TLV
TLV X TOM
O tratamento da TLV começa com os átomos individuais e considera a interação entre eles. Para dos átomos a e b com dois elét
Ψlv = a(1)b(2) +a(2)b(1)
O tratamento de moléculas pela TOM começa com os dois núcleos. Se a(1) for função de onda para o elétron (1) no núcleo a e b(
Teoria de Ligação de Valência - TLV
Comparando ΨTLV com ΨOM, verificamos que esta última da um grande peso para a configurações que colocam ambos os elétrons no mesmo núcle
Teoria de Ligação de Valência - TLV
http://www.quimica3d.com/animations/12.php
http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/essentialchemistry/flash/hybrv18.swf
Animações elaboradas por softwares quânticos
Bibliografia
Livros:
● Físico-Química – Moore, 4ª ed.1976
● Físico-Química – Atkins e Julio de Paula 8ª ed.2008
● Princípios de Química – Atkins e Loretta Jones
● Sites:
● http://200.156.70.12/sme/cursos/EQU/EQ20/modulo1/aula0/aula06/02.html
● http://disciplinas.ist.utl.pt/qgeral/mecanica/mec_resol_old.htm
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