42- (Atkins 2007) Escreva as estruturas de Lewis e prediga as formas de:
Passo 1
O enunciado pede duas coisas para cada espécie: (i) escrever a estrutura de Lewis e (ii) predizer a forma (geometria molecular). As espécies são:
e
.
Informações relevantes dadas pelo enunciado: apenas as fórmulas químicas das espécies. Não há figura adicional.
Informações relevantes dadas pelo enunciado: apenas as fórmulas químicas das espécies. Não há figura adicional.
Passo 2
Vou lembrar uma receita prática para construir estruturas de Lewis passo a passo (vamos usar isso em ambas as moléculas):
- Contar os elétrons de valência totais: somar os elétrons de valência de cada átomo e ajustar pelo sinal da carga.
- Montar a estrutura esquelética: átomo menos eletronegativo (normalmente) no centro; ligações simples iniciais entre o central e os substituintes.
- Distribuir pares isolados nas átomos externos para completar octetos (ou duetos para H).
- Colocar pares restantes no átomo central.
- Se o átomo central não tiver octeto (ou houver cargas formais grandes), formar ligações múltiplas convertendo pares isolados de átomos externos em ligações duplas/triplas até minimizar cargas formais.
- Calcular cargas formais para checar e escolher a melhor estrutura (fórmula da carga formal:
valência do átomo (nº elétrons não ligantes metade dos elétrons de ligação)).
Depois da estrutura de Lewis, para prever a forma molecular usamos VSEPR: contamos os domínios eletrônicos (ligações simples, duplas ou triplas contam cada qual como um domínio de ligação; pares isolados contam como domínio) ao redor do átomo central e deduzimos a geometria eletrônica e a geometria molecular (onde os pares isolados mudam os ângulos).
Passo 3
Aplicando a receita em
.
Contagem de elétrons de valência:
- Enxofre
: elétrons - Cada oxigênio
: elétrons - Cada cloro
: elétrons
Total:
Passo 4
Esqueleto e ligações simples iniciais:
Colocamos o enxofre no centro ligado aos quatro substituintes: dois
e dois
. Começamos com ligações simples: quatro ligações
e
. Cada ligação usa
elétrons, então inicialmente usamos
elétrons em ligações. Restam
elétrons para pares isolados.
Colocamos o enxofre
Passo 5
Completar octetos dos átomos externos:
- Cada
precisa de pares isolados = elétrons elétrons usados. - Cada
com ligação simples precisaria de pares isolados = elétrons cada elétrons.
Se colocássemos oxigênios com ligações simples, isso consumiria exatamente
elétrons restantes. Então não sobrariam elétrons para o enxofre. Mas aí os oxigênios teriam carga formal negativa grande (cada
com ligação simples teria
), e o enxofre teria
. Podemos melhorar convertendo pares isolados dos oxigênios em ligações duplas com o enxofre (pois enxofre pode expandir o octeto), reduzindo cargas formais.
Passo 6
Formando duplas
:
Transformamos cada ligação em
usando um par isolado do oxigênio. Assim cada oxigênio fica com
pares isolados (4 elétrons) além da ligação dupla. Recontando:
Transformamos cada ligação
- Ligações: duas
(cada uma usa 4 elétrons) e duas (cada uma usa 2 elétrons). Total elétrons em ligações: . - Pares isolados nos átomos externos agora: cada
tem pares isolados = elétrons cada elétrons; cada tem pares isolados = elétrons cada elétrons. Total pares isolados externos .
Soma:(ligações) (pares isolados externos) elétrons — tudo encaixa.
Cargas formais:
- Para cada
dupla: - Para cada
: - Para
:
Portanto todas cargas formais zero — estrutura razoável e preferida.
Descrição da estrutura de Lewis (texto): o átomo
central forma duas ligações duplas com dois
e duas ligações simples com dois
. Cada
tem dois pares isolados; cada
tem três pares isolados;
não possui pares isolados.
Passo 7
Geometria de
via VSEPR:
- Contamos domínios eletrônicos ao redor de
: duas ligações duplas contam como dois domínios + duas ligações simples contam como dois domínios → total domínios. - Quatro domínios sem pares isolados no central dão geometria eletrônica tetraédrica e geometria molecular tetraédrica.
Conclusão: a molécula tem forma aproximadamente tetraédrica (ângulos próximos de). Em linguagem concreta: no centro com quatro substituintes distribuídos em posição tetraédrica (duas posições ocupadas por , duas por ).
Passo 8
Agora
. Primeiro contamos elétrons de valência totais:
- Iodo
: elétrons - Dois oxigênios
: - Dois fluoretos
: - Carga
adiciona elétron
Total:
Passo 9
Esqueleto inicial:
Colocamos no centro ligado a dois
e dois
. Iniciando com ligações simples: quatro ligações simples usam
elétrons. Restam
elétrons para pares isolados.
Colocamos
Passo 10
Distribuir pares isolados nos átomos externos inicialmente:
- Cada
precisa de pares isolados = elétrons . - Cada
com ligação simples precisaria de pares isolados = elétrons cada .
Somando isso usaríamoselétrons, sobrando elétrons que ficariam como um par isolado no iodo. Esta é uma estrutura possível; vamos checar cargas formais.
Passo 11
Cálculo de cargas formais da estrutura com oxigênios singly-bonded:
- Cada
(com ligação simples e 3 pares isolados): - Cada
: - Iodo (
) com um par isolado (2 elétrons) e quatro ligações simples: está associado a metade dos elétrons de 4 ligações = elétrons;
Cargas formais:, dois cada. Magnitude total das cargas formais (somatório de valores absolutos) = . Podemos melhorar convertendo pares isolados dos oxigênios em ligações duplas com o iodo.
Passo 12
Formando duplas
:
Convertendo um par isolado de cada em uma ligação dupla para o iodo, obtemos:
Convertendo um par isolado de cada
- Ligações: duas
(cada uma 4 elétrons) e duas (cada uma 2 elétrons). Total elétrons em ligações . - Restam
elétrons para pares isolados. Distribuindo: cada recebe 6 elétrons ( ), cada dupla recebe 4 elétrons ( ). Soma . Restam elétrons que formam um único par isolado no iodo.
Logo a estrutura final tem o iodo com um par isolado, duas ligações duplas para(cada com dois pares isolados), e duas ligações simples a dois (cada com três pares isolados).
Passo 13
Verificação de cargas formais nesta estrutura:
- Cada
dupla: - Cada
: -
: valência ; não-ligantes (o par isolado no iodo); elétrons de ligação ao iodo são metade de elétrons de ligação totais = . Assim
Somando as cargas temostotal, que concilia com a carga do íon. A magnitude total das cargas formais agora é (apenas no iodo), menor que 3 na estrutura anterior — portanto esta estrutura com duplas é preferível.
Passo 14
Geometria por VSEPR para
:
- No centro (
) temos: dois domínios de ligação correspondentes às duas (cada dupla conta como 1 domínio), dois domínios correspondentes às duas ligações , e um domínio referente ao par isolado no iodo. Total de domínios . - Cinco domínios eletrônicos correspondem à geometria eletrônica trigonal bipiramidal.
- Com um par isolado entre os cinco domínios, a geometria molecular (considerando apenas posições de átomos) é “see-saw” (tesoura/serra) — a mesma geometria observada para
.
Passo 15
Posicionamento relativo (axial vs equatorial) e justificativa:
- Em uma trigonal bipiramidal, há três posições equatoriais e duas axiais. Pares isolados preferem posições equatoriais porque aí sofrem apenas duas interações de
(com axiais) enquanto um axial sofreria três interações (com as três equatoriais); assim equatorial é energeticamente preferível para minimizar repulsões. - Duplas ligações (grupos mais volumosos de densidade eletrônica) também preferem posições equatoriais para reduzir repulsões de
. - Portanto, a configuração de menor energia coloca: o par isolado em posição equatorial; os dois
(com ligações duplas) nas outras posições equatoriais; e os dois ocupam as posições axiais. Isso leva a uma molécula “see-saw” com os flúor na orientação axial e os oxigênios equatoriais (tal disposição minimiza as repulsões par-par e par-ligação).