Preveja o ângulo de ligação indicado:
o ângulo de ligação
em
o ângulo de ligação
Passo 1
O enunciado pede para prever o ângulo de ligação
na molécula
(dimetilamina).
Informações dadas e claras do enunciado:
Informações dadas e claras do enunciado:
- A fórmula é
. - O átomo central de interesse é o nitrogênio (
), ligado a dois grupos metila ( ) e a um hidrogênio ( ). - Há um par eletrônico não ligado (par solitário) no nitrogênio, pois o nitrogênio tem cinco elétrons de valência e forma três ligações.
Passo 2
Entender a geometria eletrônica ao redor do nitrogênio (a “base” para prever ângulos).
Explicação didática do conceito usado aqui (de forma simples): o arranjo dos elétrons ao redor de um átomo central tende a ficar o mais afastado possível para minimizar repulsão. Cada ligação (par ligante) conta como uma região de densidade eletrônica e cada par solitário também conta como uma região. Contando essas regiões no nitrogênio de :
Explicação didática do conceito usado aqui (de forma simples): o arranjo dos elétrons ao redor de um átomo central tende a ficar o mais afastado possível para minimizar repulsão. Cada ligação (par ligante) conta como uma região de densidade eletrônica e cada par solitário também conta como uma região. Contando essas regiões no nitrogênio de
- duas ligações N–C → 2 regiões,
- uma ligação N–H → 1 região,
- um par solitário no N → 1 região.
Total de regiões eletrônicas ao redor do N:. Isso corresponde a uma geometria eletrônica tetraédrica (quatro “pontos” de densidade eletrônica), mas a geometria molecular (os átomos) é uma pirâmide trigonal (porque um dos quatro pontos é um par solitário, que não aparece como átomo).
Passo 3
Ângulo tetraédrico de referência e efeito do par solitário.
Quando temos quatro regiões eletrônicas dispostas de forma tetraédrica perfeita, o ângulo ideal entre ligações é . Porém, pares solitários ocupam mais espaço (mais densidade eletrônica) que pares ligados, então pares solitários empurram os pares ligados, reduzindo ligeiramente os ângulos entre pares ligados. Exemplo prático:
Quando temos quatro regiões eletrônicas dispostas de forma tetraédrica perfeita, o ângulo ideal entre ligações é
- Em
(amônia), há três ligações N–H e um par solitário; o ângulo H–N–H experimental é cerca de , ou seja, menor que por causa do par solitário.
Passo 4
Comparar amônia com aminas substituídas (efeitos de substituintes).
Agora pense no que muda quando os hidrogênios ligados ao nitrogênio são substituídos por grupos metila ( ):
Agora pense no que muda quando os hidrogênios ligados ao nitrogênio são substituídos por grupos metila (
- Efeito eletrônico: grupos metila doam densidade por efeito indutivo / hiperconjugação para o nitrogênio, o que pode aumentar a densidade eletrônica nas ligações N–C e, por consequência, aumentar a repulsão entre essas ligações (tendendo a abrir o ângulo entre as ligações N–C).
- Efeito estérico: grupos metila são volumosos comparados a hidrogênios; o empurrão estérico entre dois grupos metila também tende a aumentar o ângulo entre as ligações que os ligam (querem ficar mais afastados).
Resumo: o par solitário tende a diminuir os ângulos, mas a presença de grupos metila (dois deles) tende a aumentar o ângulo entre as duas ligações N–C em comparação com o caso com hidrogênios.
Passo 5
Aplicando os efeitos ao caso concreto
.
- Se não houvesse par solitário (hipotético tetraédrico), o ângulo seria
. - O par solitário empurraria para baixo esse ângulo (como em
, que foi a ). - Porém, os dois grupos metila exercem efeitos que tendem a aumentar o ângulo entre eles: doação eletrônica (aumenta repulsão par–par) e empurrão estérico (querem ficar separados). Esses efeitos podem mais do que compensar a compressão causada pelo par solitário, fazendo com que o ângulo C–N–C fique igual ou até um pouco maior que
.
Passo 6
Comparações experimentais e tendências (para intuição).
Em compostos reais observa-se:
Em compostos reais observa-se:
-
: ângulo H–N–H . - Aminas com substituição por grupos alquila costumam ter ângulos N–R–N (ou C–N–C) maiores que em
por causa dos efeitos citados. Por exemplo, aminas terciárias alquílicas apresentam ângulos frequentemente em torno de a .
Portanto, para dimetilamina espera-se um valor perto ou ligeiramente acima do ângulo tetraédrico.
Passo 7
Conclusão numérica — previsão do valor do ângulo
.
Com base na geometria eletrônica (tetraédrica), no efeito de compressão do par solitário (que reduziria em direção a ) e nos efeitos contrários dos dois grupos metila (doação eletrônica e estérico, que tendem a aumentar o ângulo), a previsão razoável e consistente com valores experimentais conhecidos de aminas é que o ângulo
na dimetilamina seja ligeiramente maior que
, na faixa aproximada de
a
.
Com base na geometria eletrônica (tetraédrica), no efeito de compressão do par solitário (que reduziria em direção a