Química Bio-inorgânica

Química Bio-inorgânica - roteiro de aulas
2014 - Prof. André Ferraz
Pense: Como esta um metal em um sistema vivo?
Para entender a questão dos "metais em sistemas biológicos"
precisamos entender:
1. Ligação química
2. Atrações eletrostáticas entre cátions e ânions, forças de ácidos e
capacidade de formação de complexos organometálicos entre íons
metálicos e ligantes não carregados
3. Transferência de elétrons e bio-catálise mediada por íons
metálicos
Bibliografia básica para o curso: Shriver e Atkins - Química Inorgânica, 4a edição, Bookman,
Porto Alegre, 2008
Bibliografia complementar: Roat-Malone - Bioinorganic chemistry - a short course, 2nd
edition, 2008
Cronograma 2014 e aspectos formais
Cronograma: cronog2014.docx
Avaliação:
2 Provas escritas:
P1: 12/05/2014
P2: 07/07/2014
Nota final (NF): (P1x1 + P2x2)/3
NF > ou = 5,0 >> aprovado(a)
Recuperação (REC): (NF + N prova recuperação)/2
REC > ou 5,0 >> aprovado(a)
Pense com um exemplo: o sal CuSO4
Qual é o estado de oxidação do cobre?? O que ocorre ao
adicionarmos o sal CuSO4 em água?? Se houver dissolução, como
está o íon cobre em água?? Haverá atração eletrostática por
eventuais "doadores de elétrons"??
Precisamos revisar e aprender algo mais sobre:
Ligação química, ácidos e bases, compostos de coordenação;
então poderemos avaliar como se comportam os metais em
sistemas biológicos
Estrutura molecular e ligação química, p. 57-92 Shiver e Atikins
Estrutura de Lewis e a regra do octeto
- Antiga (introduzida por GN Lewis em 1916), mas útil até hoje para
explicar compostos onde os átomos possuem valência simples.
- "Os átomos se combinam formando moléculas ou sais de tal forma
que cada um dos átomos envolvidos contenha 8 elétrons na camada
de valência" >> Isso representa uma configuração muito estável, de
forma similar ao que se observa nos gases nobres que são pouco
reativos, exatamente devido a elevada estabilidade
A "regra do octeto" permite antecipar a proporção de átomos numa
determinada molécula ou sal, mas não indica nada sobre a estrutura
(distribuição espacial) desta molécula ou retículo cristalino
Revise: Distribuição de elétrons nos orbitais atômicos
Bom livro para revisão de QG: Kotz - Quim Geral I e reações químicas
A molécula
de água
como
exemplo
Pense: Como é a distribuição de elétrons na
molécula de água segundo a regra do octeto de
Lewis? Qual seria a estrutura espacial? Como ela
se contrapõe com a estrutura angular com cerca
de 104o, observada experimentalmente?
2 Hidrogênios e 1 Oxigênio
Distribuição de elétrons no oxigênio: TABELA PERIÓDICA indica
número atômico 8.
Portanto, número atômico 8 >> 8 prótons
No estado fundamental temos, portanto, 8 elétrons
1s2
2s2
2p4
(6 elétrons na camada de valência)
Distribuição de elétrons no hidrogênio: TABELA PERIÓDICA indica
número atômico 1.
Portanto, número atômico 1 >> 1 próton
No estado fundamental temos, portanto, 1 elétrons
1s1
(1 elétron na camada de valência)
Modelo para a molécula ??? >> regra do octeto >>
Oxigênio demanda 2 elétrons para o octeto
Hidrogênio demanda 1 elétron para 2 elétrons na camada de valência
(para ser similar o gás He, que é estável no estado fundamental)
Primeiro modelo para a molécula de água, segundo regra do octeto
: :
H .. O .. H
Experimentalmente sabe-se que a molécula é angular com cerca
de 104o entre as ligações do O com o H
Com explicar???
>> As teorias são criadas com base em dados experimentais e
avançam na medida em que os dados experimentais são mais
detalhados
O modelo de repulsão de pares de elétrons da camada de valência
(a camada com oito elétrons da teoria de Lewis) representa um
avanço na teoria do octeto e pode prever uma série de estruturas
de compostos covalentes
O modelo prevê que, em um arranjo molecular, as regiões de
maior densidade eletrônica contendo os elétrons de valência se
distanciam o máximo possível no espaço devido à repulsão
eletrostática elétron-elétron.
Disso resultam arranjos moleculares básicos, descritos à seguir:
Número de regiões de
elétrons
Arranjo mais estável
2
Linear
3
Trigonal plano
4
Tetraédrico
5
Bipiramidal trigonal
6
Octaédrico
Voltando à molécula de água como exemplo
Os oito elétrons da camada de valência na molécula de água
estariam melhor acomodados (em uma estrutura mais estável) se
dispostos no espaço ao longo dos eixos de um tetraédro
ângulo previsto para
os eixos de um
tetraedro 109,5o
ângulo determinado
experimentalmente
Há distorções na formas geométricas em muitas moléculas
conhecidas
O principal motivo é que há elétrons da camada de valência que
ocupam um espaço onde não ocorre o compartilhamento com
outros átomos. Com isso, estes orbitais tendem a ser mais
volumosos, ocasionando a distorção na molécula
A molécula de água, novamente,
serve como exemplo
Modelo contemporâneo para a molécula de água com base no
cálculo da distribuição de cargas
Formato e distribuição de cargas na
molécula de água
As curvas
ilustram a
densidade de
carga
Mais um exemplo e as dificuldades inerentes a uma teoria
"incompleta"
Pense: Qual seria a estrutura de Lewis para a molécula de H2SO3?
Qual deve ser a geometria desta molécula com base no modelo da
máxima separação entre os elétrons de valência?
Pense agora na molécula de H2SO4. Como é possível explicar a
ocorrência de 2 moléculas distintas para ácidos oriundos do enxofre?
Porque no H2SO4 temos ligações equivalentes se existem elétrons do S
vindos de orbitais s e de orbitais p?
Teoria de ligação de valência e hibridação dos orbitais de valência
Teorias mais modernas foram sendo cunhadas, pois os modelos
previstos pela regra do octeto e da máxima separação dos elétrons
de valência começavam a se distanciar dos dados observados
experimentalmente.
A teoria de ligação de valência já considera o elétron como uma
função de onda (com base na mecânica quântica) e a ligação
química como a combinação destas funções de onda
A molécula mais simples que há, H2, é um excelente exemplo
para o entendimento qualitativo desta teoria
Curva de energia potencial previsto para a aproximação de dois
átomos de H
Pense: Como seria a combinação dos orbitais de valência na
molécula de N2?