- Para cada composto elencado abaixo, prediga o arranjo eletrônico, a geometria molecular e se seu caráter é polar ou apolar:
d)
Passo 1
O que o enunciado pede:
- Prever o arranjo eletrônico (número de domínios eletrônicos ao redor do átomo central e a disposição desses domínios).
- Prever a geometria molecular (posição dos átomos ligados ao átomo central).
- Dizer se a molécula é polar ou apolar.
Informações fornecidas / óbvias a partir do enunciado:
- A molécula é
: um átomo de arsênio ( ) ligado a cinco átomos de flúor ( ). - Não há outras informações externas (como carga total), então assumimos a molécula neutra e que cada ligação é simples As–F.
Passo 2
Contagem de elétrons de valência e construção rápida da estrutura de Lewis (passo a passo didático).
- Cada átomo de
pertence ao grupo 15 da tabela periódica, portanto tem elétrons de valência. Escreve-se isso como . - Cada átomo de
tem elétrons de valência, mas, para decidir o número de ligações ao átomo central, o importante é que cada precisa de 1 elétron adicional para completar o octeto e, em prática, forma uma ligação simples com o central. - Na montagem da estrutura de Lewis, coloca-se
no centro e liga-se 5 átomos de com ligações simples. Isso usa 5 pares compartilhados (5 ligações). - Após formar 5 ligações, os pares de elétrons não compartilhados ficam nos
(cada terá 3 pares não ligantes = 6 elétrons para completar seu octeto). O fica com 5 pares de ligação ao seu redor (total de 10 elétrons ao redor do ), ou seja, possui um octeto expandido — isso é permitido porque está no período 4 (tem orbitais d disponíveis na descrição clássica).
Resumo desta contagem:
- Pares de ligação ao redor de
: . - Pares isolados (lone pairs) no
: . - Logo, o número de domínios eletrônicos (pares ligantes + pares isolados) em
é .
Passo 3
Entendendo o arranjo eletrônico a partir do número de domínios (explicação didática do princípio).
- Regra prática (forma simples para a prova): o arranjo eletrônico (disposição dos domínios de elétrons) ao redor do átomo central depende do número de domínios:
-
domínios → linear, -
domínios → trigonal planar, -
domínios → tetraédrico, -
domínios → trigonal bipiramidal, -
domínios → octaédrico.
-
- Como já contamos que
tem domínios eletrônicos, o arranjo eletrônico é o de uma trigonal bipirâmide (em inglês: trigonal bipyramidal).
Explicação geométrica rápida da trigonal bipirâmide:
- Há duas posições diferentes: três posições equatoriais formando um triângulo plano (ângulos de
entre elas) e duas posições axiais (uma acima e outra abaixo do plano equatorial), com ângulos de entre axial e cada equatorial e entre os axiais.
Passo 4
Ligando arranjo eletrônico à hibridação (como fazer na prova).
- Um modo comum de representar a hibridação correspondente a
domínios é : uma orbital , três orbitais e uma orbital híbridas formam cinco orbitais híbridas direcionadas segundo a trigonal bipirâmide. - Observação prática para prova: quando pedir “arranjo eletrônico” conte domínios; quando pedirem “hibridação” (se for exigido), para 5 domínios use
. (Alguns cursos discutem descrições por orbitais moleculares mais modernas, mas é a resposta típica em VSEPR/hibridação.)
Passo 5
Determinar a geometria molecular (posição dos átomos) a partir do arranjo eletrônico e dos pares isolados.
- Como não há pares isolados em
(todas as cinco posições estão ocupadas por átomos ), a geometria molecular é exatamente igual ao arranjo eletrônico. - Portanto a geometria molecular é trigonal bipirâmide, com:
- três
em posições equatoriais (formando um plano com ângulos entre si), - dois
em posições axiais (um acima e um abaixo do plano equatorial, separados por ).
- três
Passo 6
Análise da polaridade (passo a passo para entender e aplicar na prova).
- Cada ligação
é polar porque o é muito mais eletronegativo que o ; isso cria um dipolo de ligação apontando do para cada . - A polaridade da molécula resulta da soma vetorial de todos os dipolos de ligação. Se essa soma vetorial for zero, a molécula é apolar; se não, é polar.
- Argumento de cancelamento por simetria:
- Os três dipolos nas posições equatoriais são iguais em magnitude e separados por
; a soma vetorial de três vetores iguais igualmente espaçados em no mesmo plano é zero: - Os dois dipolos axiais são iguais em magnitude e apontam em direções opostas (um para cima, outro para baixo), portanto se cancelam:
- Soma total dos cinco dipolos:
- Os três dipolos nas posições equatoriais são iguais em magnitude e separados por
- Conclusão: apesar de cada ligação As–F ser polar, a simetria da geometria trigonal bipirâmide com substituintes idênticos faz com que os dipolos se cancelem; portanto a molécula é apolar (não-polar).
Passo 7
Verificação das cargas formais (cheque rápido e didático para evitar surpresas na prova).
- Formalmente, para cada
: , tem 6 elétrons não-ligantes e 1 elétron na ligação → carga formal . - Para
: , não tem pares isolados e participa de 5 ligações → carga formal . - Então a estrutura com todas cargas formais zero é consistente com a hipótese de ligações simples e simetria.
Resposta
Arranjo eletrônico:
(
domínios eletrônicos).
Geometria molecular: (três
equatoriais e dois
axiais).
Polaridade: .
Geometria molecular:
Polaridade: