Qual ' é o ângulo de ligação H-C-H no eteno?
On Novembro 30, 2020 by adminO carbono é $ \ mathrm {sp ^ 2} $ hibridizado e é, portanto, plano e deveria também, teoricamente, ser $ 120 ^ \ circ $. No entanto, a teoria VSEPR sugere que a ligação π “precisaria de mais espaço” devido à maior repulsão de elétrons. Como consequência, o ângulo da ligação $ \ ce {H-C-H} $ seria menor. No entanto, como a ligação π está fora do plano da molécula, isso realmente acontece?
Resposta
O ângulo de ligação HCH no eteno é ca. 117 graus e o ângulo HCC é ca. 121,5 graus. Há duas razões que se combinam para explicar essa deformação angular no eteno.
Primeiro , a partir dessa ligação ângulos e o Teorema de Coulson ( ref_1 , ref_2 ) podemos determinar que o sigma CH as ligações são $ \ ce {sp ^ {2.2}} $ hibridizadas e as ligações CC sigma são $ \ ce {sp ^ {1.7}} $ hibridizadas.
A partir desses índices de hibridização (o índice é o expoente “n” na expressão $ \ ce {sp ^ {n}} $), vemos que a ligação CC sigma tem maior conteúdo de caracteres s (1 parte s a 1,7 partes p – 37% s) do que ligações CH (1 parte s para 2,2 partes p – 31% s). Como há mais caractere s na ligação CC, ela é mais baixa em energia e os elétrons sigma do carbono tendem a fluir em direção a esta ligação CC de energia mais baixa. Consequentemente, a ligação CC sigma conterá mais densidade de elétrons do que as ligações CH. Portanto, a repulsão eletrônica entre a ligação CC sigma e as ligações CH sigma será a repulsão de elétrons entre as duas ligações C-H. Conseqüentemente, o ângulo de ligação H-C-C se abrirá ligeiramente do ideal $ \ ce {sp ^ {2}} $ de 120 graus e o ângulo de ligação H-C-H se fechará ligeiramente para minimizar as repulsões eletrostáticas de ligação.
Segundo , fatores estéricos (que também são apenas outra maneira de descrever a repulsão elétron-elétron) também pode entrar em jogo. Na medida em que a repulsão cis HCCH hidrogênio-hidrogênio é mais desestabilizadora do que a repulsão HCH geminal hidrogênio-hidrogênio, ela também servirá para aumentar o ângulo da ligação CCH e diminuir o ângulo da ligação HCH.
Comentários
- A primeira afirmação não é totalmente verdadeira. Uma vez que a ligação pi influencia a distância da ligação, ela influencia a sobreposição dos orbitais formadores da ligação sigma, portanto, também influencia o sistema sigma, mesmo se os orbitais forem ortogonais. Uma explicação observacional é dada com a Bent ' regra .
- @Martin Excelente ponto Martin , ' edito minha resposta.
- Os elétrons pi repelem os elétrons sigma CH?
- @Dissenter Sim, eles repelem.
- @Dissenter A densidade de elétrons no " superior " da nuvem pi tende a repelir os elétrons de ligação CH e empurre para baixo; mas a " parte inferior " da nuvem pi irá empurrá-los para cima. Por simetria, esses efeitos devem se cancelar e o resultado não é nenhuma deformação C-H de cima para baixo devido à nuvem pi. Também devido à simetria, a nuvem pi não pode empurrar os vínculos CH para fora ou para dentro.
Resposta
Em termos de Com o modelo VSEPR fortemente simplificado, você poderia chegar à mesma conclusão observando que um átomo de carbono é maior do que um átomo de hidrogênio, então o grupo $ \ ce {CH2} $ solicitará mais espaço do que cada hidrogênio. Você pode comparar isso ao etano $ \ ce {H3C-CH3} $, que tem $ \ angle (\ ce {HCC}) = 111,17 ^ \ circ $, ligeiramente desviando do ângulo tetraédrico ideal de $ 109,5 ^ \ circ $ mas não π sistema para explicar o desvio. Se eu fiz as contas corretamente, isso significa que $ \ angle (\ ce {H-C-H}) = 107,72 ^ \ circ $. O desvio no etano é realmente maior do que no eteno, sugerindo que fatores estéricos predominam.
Figura 1: Estrutura de Etano incluindo comprimentos e ângulos de ligação. Retirado da Wikipedia , onde uma lista completa dos autores está disponível.
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