1. Para cada composto elencado abaixo, prediga o arranjo eletrônico, a geometria molecular e se seu caráter é polar ou apolar:
f) ClCN (o carbono é o átomo central)

Passo 1

O enunciado pede, para a substância \mathrm{ClCN} com o átomo de carbono como átomo central:
  • prever o arranjo eletrônico (número e tipo de domínios eletrônicos ao redor do carbono);
  • prever a geometria molecular (disposição dos átomos, ângulos);
  • dizer se a molécula é polar ou apolar.
Informações dadas:
  • composto: \mathrm{ClCN} (cloro, carbono central, nitrogênio).
  • não há outras informações fornecidas (pressão, temperatura etc.). Vou trabalhar com a estrutura de Lewis e regras padrão de VSEPR.

Passo 2

Contagem dos elétrons de valência (passo essencial para a estrutura de Lewis).
  • \mathrm{Cl} tem 7 elétrons de valência.
  • \mathrm{C} tem 4 elétrons de valência.
  • \mathrm{N} tem 5 elétrons de valência.
Total de elétrons de valência:
7 + 4 + 5 = 16.
Isso significa que, ao desenharmos a estrutura de Lewis, devemos distribuir 16 elétrons (contando ligações como pares compartilhados).

Passo 3

Montagem da estrutura de Lewis passo a passo (como proceder na prova):
  1. Esqueleto: como o enunciado diz que o carbono é central, o esqueleto é \mathrm{Cl}-\mathrm{C}-\mathrm{N}.
  2. Colocar ligações simples iniciais: cada ligação simples usa 2 elétrons. Com duas ligações simples iniciais usamos 2\times2=4 elétrons.
  3. Distribuir os elétrons restantes como pares isolados para completar octetos preferencialmente:
    • Uma estrutura que satisfaz octetos e formalmente é plausível é \mathrm{Cl}-\mathrm{C}\equiv\mathrm{N}, ou seja, ligação simples \mathrm{C}-\mathrm{Cl} e ligação tripla \mathrm{C}\equiv\mathrm{N}.
  4. Verificação dos elétrons usados nessa estrutura:
    • ligações: \mathrm{C}-\mathrm{Cl} (2 elétrons) e \mathrm{C}\equiv\mathrm{N} (6 elétrons) → total usado em ligações =8 elétrons;
    • pares isolados: \mathrm{Cl} tem 3 pares isolados = 6 elétrons; \mathrm{N} tem 1 par isolado = 2 elétrons; total em pares isolados =8 elétrons;
    • soma 8+8=16, que é o total disponível — conta bate.
  5. Checar octeto:
    • \mathrm{Cl}: 3 pares isolados + 1 ligação = 8 elétrons ao redor → octeto satisfeito.
    • \mathrm{C}: participa de 4 ligações (1 simples + 1 tripla = 4 pares de elétrons compartilhados) → 8 elétrons efetivos → octeto satisfeito.
    • \mathrm{N}: 1 par isolado + 3 pares compartilhados (tripla) → 8 elétrons → octeto satisfeito.
Portanto a estrutura de Lewis mais adequada é
\mathrm{Cl}-\mathrm{C}\equiv\mathrm{N}
com três pares isolados em \mathrm{Cl} e um par isolado em \mathrm{N}.

Passo 4

Cálculo das cargas formais (para confirmação de plausibilidade).
Fórmula usada (sempre mostre em prova): para um átomo,
\text{carga formal} = \text{valência} - \text{elétrons não-ligantes} - \tfrac{1}{2}\times\text{elétrons ligantes}.êéãé
Aplicando a cada átomo:
  • \mathrm{Cl}: valência =7; não-ligantes =6; ligantes (par com C) =2. \text{CF}_{\mathrm{Cl}}=7-6-\tfrac{1}{2}\cdot2=7-6-1=0.
  • \mathrm{C}: valência =4; não-ligantes =0; ligantes =8 (4 ligações). \text{CF}_{\mathrm{C}}=4-0-\tfrac{1}{2}\cdot8=4-4=0.
  • \mathrm{N}: valência =5; não-ligantes =2; ligantes =6 (tripla). \text{CF}_{\mathrm{N}}=5-2-\tfrac{1}{2}\cdot6=5-2-3=0.
Todas as cargas formais são 0, o que reforça que a estrutura é correta e estável.

Passo 5

Determinar o arranjo eletrônico (domínios eletrônicos) ao redor do átomo central e a geometria molecular (VSEPR), com explicação didática:
  • Contar domínios eletrônicos ao redor do carbono: cada ligação simples ou múltipla conta como UM domínio. O carbono tem duas ligações (uma para \mathrm{Cl} e uma para \mathrm{N} — mesmo que a segunda seja tripla, continua sendo um único domínio).
  • Logo número de domínios =2. Regra VSEPR básica: dois domínios ficam o mais afastados possível → arranjo eletrônico é linear.
  • Se não há pares isolados de elétrons no átomo central (aqui não há), a geometria molecular coincide com o arranjo eletrônico.
    Portanto:
  • arranjo eletrônico (domínios ao redor do C): linear;
  • geometria molecular (posicionamento dos átomos): linear;
  • ângulo de ligação ideal entre os dois ramos: \,180^\circ.
Explicação curta para a prova: “dois domínios → linear (180°). Ligações múltiplas contam como um domínio.”

Passo 6

Determinar a polaridade da molécula (passo a passo e intuitivo):
  1. Polaridade de uma ligação depende da diferença de eletronegatividade. Valores aproximados de Pauling usados aqui (muito comum em prova):
    • \chi(\mathrm{Cl}) \approx 3{,}16,
    • \chi(\mathrm{N}) \approx 3{,}04,
    • \chi(\mathrm{C}) \approx 2{,}55.
  2. Diferenças de eletronegatividade relativas ao carbono: \Delta\chi_{\mathrm{C}-\mathrm{Cl}} = 3{,}16-2{,}55 = 0{,}61,
\Delta\chi_{\mathrm{C}\equiv\mathrm{N}} = 3{,}04-2{,}55 = 0{,}49.
Ambas as ligações são polarizadas em direção ao átomo mais eletronegativo (para \mathrm{C}-\mathrm{Cl} a densidade fica mais para \mathrm{Cl}; para \mathrm{C}\equiv\mathrm{N} fica mais para \mathrm{N}).
3. Como a molécula é linear, as duas dipolos de ligação estão em linha e em sentidos opostos (um aponta de C para Cl, outro de C para N). Se as duas extremidades fossem idênticas, os dipolos se cancelariam exatamente; aqui são diferentes em magnitude.
4. Comparando magnitudes, \Delta\chi_{\mathrm{C}-\mathrm{Cl}}(0{,}61) > \Delta\chi_{\mathrm{C}\equiv\mathrm{N}}(0{,}49). Assim o dipolo para o lado \mathrm{Cl} é ligeiramente maior, então existe um dipolo resultante não-nulo apontando em direção a \mathrm{Cl}.
Conclusão: a molécula é polar — tem um momento dipolar resultante apontando do carbono para o cloro (extremidade \mathrm{Cl}).

Passo 7

Resumo interpretativo (como justificar rápido na prova):
  • desenho de Lewis que mostra \mathrm{Cl}-\mathrm{C}\equiv\mathrm{N} com octetos completos e cargas formais zero;
  • dois domínios ao redor do carbono → geometria linear, ângulo 180^\circ;
  • ligações com polaridade em sentidos opostos, mas de magnitudes diferentes → não há cancelamento completo → molécula polar (dipolo resultante apontando para \mathrm{Cl}).
Força motivacional curta: bom trabalho até aqui — você montou a Lewis, checou cargas e aplicou VSEPR passo a passo, que é exatamente o procedimento que funciona em provas.

Resposta

Arranjo eletrônico: linear (dois domínios eletrônicos ao redor do carbono).
Geometria molecular: linear, ângulo 180^\circ.
Polaridade: polar — dipolo resultante apontando para \mathrm{Cl}.

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