Os ângulos para hidretos de elementos do Grupo 15 são os seguintes:
,
,
e
. Justifique essa tendência.
Passo 1
Beleza, a questão diz que os hidretos do grupo 15 têm estes ângulos de ligação:
- NH₃: 107,8°
- PH₃: 93,6°
- AsH₃: 91,8°
- SbH₃: 91,3°
O tópico é VSEPR (teoria das repulsões de pares eletrônicos) e hibridização de orbitais. Para resolver vamos precisar entender:
- Como a VSEPR prevê geometria e ângulos (pares ligantes vs pares isolados).
- O que é hibridização (sp³ vs orbitais puros) e como ela muda descendo o grupo.
- Como a eletronegatividade do átomo central afeta tudo isso.
Passo 2
Teoria VSEPR básica:
- Cada par de elétrons (ligante ou isolado) quer ficar o mais longe possível dos outros.
- Pares isolados repelem mais forte que pares ligantes.
- Num tetraedro ideal (sp³) o ângulo é 109,5°.
Além disso, a hibridização sp³ (um orbital s + três p) dá esse tetraedro “arrumadinho”. Se o átomo central não “hibridiza” tanto, os pares ligantes acabam ocupando mais orbitais puros p, que se orientam a ~90° uns dos outros.
Passo 3
Vamos ver o NH₃:
- Nitrogênio é bem eletronegativo e pequeno, faz hibridização sp³ de verdade.
- Isso gera quatro orbitais iguais em forma de tetraedro (três ligantes + um isolado).
- O ângulo tetraédrico ideal (109,5°) cai para 107,8° porque o par isolado “empurra” mais os pares N–H.
Passo 4
Agora PH₃, AsH₃ e SbH₃:
- Fósforo, arsênio e antimônio são menos eletronegativos e maiores.
- Eles têm menos tendência a “misturar” o orbital s com p, ou seja, hibridização fraca.
- Os pares ligantes (P–H, As–H, Sb–H) ficam mais em orbitais p puros, que naturalmente formam ângulos de ~90°.
- O par isolado, embora ainda exista, não “empurra” tanto porque está mais “preso” num orbital s ou semiprofundido, então a diferença de repulsão par-isolado vs par-ligante diminui.
Passo 5
Conclusão da tendência:
- Em NH₃: sp³ forte → ângulo perto de 109,5°, cai pra 107,8° por repulsão de par isolado.
- Em PH₃, AsH₃ e SbH₃: hibridização quase nula → orbitais p puros → ângulo próximo de 90°.
- Descendo o grupo, o ângulo diminui de 107,8° até ~91°, pois a mistura s–p vai enfraquecendo e a repulsão do par isolado também fica menos “forte” comparada à do NH₃.
Resposta
A tendência de ângulo diminuir de NH₃ (107,8°) a SbH₃ (91,3°) se dá porque, ao descer no grupo 15, o átomo central fica maior e menos eletronegativo, promove menos hibridização sp³, fazendo com que os pares ligantes ocupem orbital p puro (ângulo ~90°) e a repulsão do par isolado também caia.