Considere as moléculas de metano (
), amônia (
) e água (
). Embora em todas elas o átomo central possua quatro domínios eletrônicos, os ângulos de ligação experimentais são, respectivamente,
. Com base nos postulados da TRPECV, desenhe a geometria molecular utilizando a estrutura de Lewis para representar os domínios eletrônicos.
Passo 1
O enunciado dá três moléculas:
,
e
. Diz que, em todas elas, o átomo central possui quatro domínios eletrônicos e fornece os ângulos experimentais de ligação:
para
;
para
;
para
. A tarefa é desenhar a geometria molecular de cada uma usando a estrutura de Lewis para representar os domínios eletrônicos (ou seja: mostrar ligações e pares isolados ao redor do átomo central) e justificar por que os ângulos diferem, com base nos postulados da TRPECV.
Passo 2
Como montar uma estrutura de Lewis (passo a passo básico — faça isso na prova):
- Conte os elétrons de valência do átomo central e dos átomos ligados. Escreva o total.
- Una o átomo central aos átomos ligados com ligações simples (cada ligação usa dois elétrons).
- Distribua os elétrons restantes como pares isolados para completar octetos (ou duetos para H).
- Conte os domínios eletrônicos ao redor do átomo central: cada ligação (simples, dupla, tripla) conta como um domínio; cada par isolado (lone pair) conta como um domínio.
- Use TRPECV: os domínios se dispõem para minimizar repulsões — primeiro determine a geometria eletrônica (disposição dos 4 domínios) e depois a geometria molecular (posição apenas dos átomos, ignorando pares isolados).
Explicação rápida de conceitos úteis:
- “Domínio eletrônico” = região onde um par de elétrons está localizado (par de ligação ou par isolado).
- Para 4 domínios, a geometria eletrônica é tetraédrica (os 4 domínios aos vértices de um tetraedro), ângulo ideal
. - Pares isolados ocupam mais espaço que pares de ligação: ordem de repulsão
. Isso reduz ângulos entre ligações.
Passo 3
Montando a estrutura de Lewis de
e sua geometria:
- Contagem de elétrons de valência: carbono tem
e cada hidrogênio tem , total elétrons de valência. - Ligue C a cada H com ligações simples: isso consome
ligações × elétrons = elétrons, logo não sobra par isolado no C. - Estrutura de Lewis (representação):
com os outros dois formando as outras duas ligações (todos os H com duetos completos). - Domínios no C: quatro domínios todos de ligação (4 pares de ligação).
- Geometria eletrônica: tetraédrica; geometria molecular: tetraédrica. Ângulo entre ligações:
. - Como desenhar tridimensionalmente (na prova use notação cunha/tracejado): por exemplo
ou com um H em cunha sólida (para frente) e um em traço pontilhado (para trás) para mostrar o tetraedro.
Passo 4
Montando a estrutura de Lewis de
e sua geometria:
- Contagem de elétrons: nitrogênio tem
e três hidrogênios ; total elétrons de valência. - Ligue N a cada H com ligações simples: usa
elétrons. Restam elétrons → formam um par isolado no N. - Estrutura de Lewis (representação): o N com três ligações simples a H e um par isolado:
(o representa o par isolado no N). - Domínios no N: quatro domínios no total — três domínios de ligação e um domínio de par isolado.
- Geometria eletrônica: tetraédrica (porque são quatro domínios). Geometria molecular (apenas átomos): piramidal trigonal (tricônica) — o par isolado “empurra” as três ligações para baixo formando uma pirâmide.
- Efeito no ângulo: o par isolado ocupa mais espaço que uma ligação → comprime os ângulos H–N–H de
para cerca de , conforme experimental. Intuição: o par isolado está mais concentrado no redor do N, aumentando repulsão contra os pares de ligação.
Passo 5
Montando a estrutura de Lewis de
e sua geometria:
- Contagem de elétrons: oxigênio tem
e dois hidrogênios ; total elétrons de valência. - Ligue O a cada H com ligações simples: usa
elétrons. Restam elétrons → formam dois pares isolados no O. - Estrutura de Lewis (representação): dois pares isolados no O e duas ligações O–H:
com e ligados. - Domínios no O: quatro domínios — duas ligações e dois pares isolados.
- Geometria eletrônica: tetraédrica. Geometria molecular: angular (dobrado, “em V”) porque só há dois átomos ligados; os dois pares isolados ocupam espaço e empurram as ligações.
- Efeito no ângulo: dois pares isolados produzem maior compressão que um par isolado, reduzindo o ângulo H–O–H de
para , conforme experimental.
Passo 6
Por que os ângulos caem sucessivamente de
para
para
?
- Regra de repulsão dos pares eletrônicos: pares isolados repelem mais fortemente os pares de ligação do que pares de ligação entre si.
- Em
: zero pares isolados no central → ângulo ideal tetraédrico . - Em
: um par isolado → repulsão extra entre esse par e os pares de ligação → compressão pequena das ligações → . - Em
: dois pares isolados → repulsões maiores, especialmente entre os dois pares isolados, comprimem ainda mais as ligações → .
Portanto a sequência de ângulos reflete o aumento da repulsão adicional provocada por pares isolados.
Passo 7
Como desenhar isso claramente na prova (passos práticos):
- Desenhe primeiro a estrutura de Lewis (mostre pares isolados como pontos ou dois pontos ao redor do átomo central).
- Conte domínios e escreva “geometria eletrônica: tetraédrica (4 domínios)”.
- Embaixo, desenhe a geometria molecular usando cunha sólida para ligações saindo para frente e traço pontilhado para ligações para trás, deixando o(s) par(es) isolado(s) como nuvem de elétrons (pontos) no lugar correto.
Exemplos de esboços simples (use cunha/tracejado na prova):
-
: tetraédrica, sem pares isolados. -
: N com um par isolado acima, três H formando a base de uma pirâmide. -
: O com dois pares isolados em posições que empurram as duas ligações H–O formando o “V”.
Passo 8
Dica final e incentivo rápido:
- Na prova, faça a contagem de elétrons rápido, mostre o par isolado(s) explicitamente e escreva “4 domínios → tetraédrica (eletrônica)”. Depois diga a geometria molecular (tetraédrica, piramidal, angular) e escreva o ângulo experimental indicado.
- Você está indo bem — se seguir esse roteiro você resolve questões desse tipo de forma veloz e segura.