2.19 Determine a hibridação de orbitais necessária em:
;
Passo 1
O enunciado pede: determinar a hibridação de orbitais necessária em
.
Informações dadas: fórmula molecular (um átomo de enxofre ligado a quatro átomos de flúor). Não há outras figuras ou dados.
Informações dadas: fórmula molecular
Passo 2
Primeiro passo prático: fazer a contagem dos elétrons de valência para montar a estrutura de Lewis — isso nos dá quantos pares de elétrons existem e quantos ficam como pares não ligados no enxofre, informação crucial para a hibridação.
- Elétrons de valência do enxofre:
(porque está no grupo 16). - Elétrons de valência de cada flúor:
. Como são quatro flúors, total de elétrons dos F: . - Total de elétrons de valência do sistema:
. Escrevo isso em TeX: .
Agora montamos ligações simples S–F (uma ligação sigma para cada F). Cada ligação consome
elétrons, então quatro ligações consomem
elétrons. Subtraindo do total:
Esses
elétrons são distribuídos como pares isolados preferencialmente nos átomos mais eletronegativos (os F). Cada F precisa de
pares (6 elétrons) para completar o octeto. Para os quatro F usamos:
Sobra:
Esses
elétrons restantes formam um par não ligado no enxofre. Conclusão prática da estrutura de Lewis: enxofre ligado a quatro flúors por ligações simples e com um par isolado no enxofre.
Passo 3
Agora transformamos essa informação em “número estérico” (steric number), que é exatamente o que usamos para decidir a hibridação.
Definição e ideia: o número estérico é o número de regiões de densidade eletrônica ao redor do átomo central. Cada ligação simples conta como uma região (uma ligação sigma) e cada par isolado conta como uma região. Em linguagem prática:
- Número estérico
número de ligações sigma ao redor do átomo central número de pares isolados no átomo central.
No caso de
:
- número de ligações sigma em
: (quatro ligações S–F), - número de pares isolados em
: (conforme o passo anterior).
Logo o número estérico é
Passo 4
Relação entre número estérico e hibridação — tabela prática que sempre uso na prova (memorizando ajuda muito):
- número estérico
hibridação , - número estérico
hibridação , - número estérico
hibridação , - número estérico
hibridação (às vezes escrito ), - número estérico
hibridação .
Aplicando ao nosso caso (número estérico
), a hibridação correspondente é
.
Breve explicação física dessa correspondência: para acomodar cinco regiões de densidade eletrônica usam-se cinco orbitais híbridos formados a partir de uma combinação do orbital
, três orbitais
e um orbital
do mesmo nível de energia aproximado (no caso do enxofre, níveis
). Esses cinco híbridos orientam-se para formar uma geometria eletrônica de bipirâmide trigonal.
Passo 5
Interpretação geométrica e efeitos do par isolado (útil para interpretar formas moleculares na prova):
- Geometria eletrônica (considerando todas as 5 regiões): bipirâmide trigonal.
- Como há um par isolado em
, a forma molecular (considerando apenas posições dos átomos) fica como “see-saw” ou gangorra (ou “dobre-seesaw”), isto é, uma molécula do tipo . - Importante em provas: pares isolados ocupam posições equatoriais numa bipirâmide trigonal porque essas posições minimizam repulsões eletrónicas (uma posição equatorial tem duas vizinhas a
e uma a , enquanto uma posição axial teria três vizinhas a ). Assim o par isolado fica equatorial — por isso os ângulos S–F não são todos iguais; há dois F em posição axial e dois em equatorial, e os ângulos são ligeiramente diferentes (por exemplo, os ângulos equatoriais aproximam-se de , os ângulos axial–equatorial aproximam-se de , mas são distorcidos pela presença do par isolado).
Passo 6
Nota breve (opcional para exame): a notação
é a resposta clássica ensinada e suficiente para resolver questões de geometria e ligação. Em teorias mais avançadas há debates sobre o papel exato dos orbitais d em hipervalência, mas para a maioria das provas e para determinação de geometria molecular a regra do número estérico
hibridação funciona muito bem.