Considere as seguintes moléculas:
I. \mathrm{CH}_{4}
II. \mathrm{NH}_{3}
III. \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}
a) Qual é a geometria de cada uma?
b) Explique a diferença nos ângulos de ligação entre elas com base nos pares isolados.

Passo 1

O enunciado pede para cada uma das moléculas \mathrm{CH}_{4}, \mathrm{NH}_{3} e \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}:
– (a) determinar a geometria molecular;
– (b) explicar por que os ângulos de ligação diferem, usando o número de pares isolados no átomo central.
Vamos usar a teoria VSEPR (“Valence Shell Electron Pair Repulsion”), que diz que os domínios eletrônicos (pares ligantes + pares isolados) ao redor do átomo central se dispõem de modo a minimizar repulsões.

Passo 2

Analisando \mathrm{CH}_{4}:
Carbono tem 4 elétrons de valência e forma 4 ligações simples a H, sem pares isolados. Logo há 4 domínios eletrônicos, disposição eletrônica tetraédrica e, como não há pares isolados, a geometria molecular também é tetraédrica. Os ângulos de ligação são todos iguais a
109,5^\circ.

Passo 3

Analisando \mathrm{NH}_{3}:
Nitrogênio tem 5 elétrons de valência e forma 3 ligações simples a H, sobrando 1 par isolado. Há 4 domínios eletrônicos, disposição eletrônica tetraédrica, mas com 1 par isolado a geometria molecular fica piramidal trigonal. A repulsão extra do par isolado comprime ligeiramente os ângulos, que caem para cerca de
107^\circ.

Passo 4

Analisando \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}:
Oxigênio tem 6 elétrons de valência e forma 2 ligações a H, sobrando 2 pares isolados. Ainda há 4 domínios eletrônicos (tetraédrico “eletrônico”), mas com 2 pares isolados a forma molecular é angular (dobrada). Como existem duas repulsões fortes par–par, o ângulo se reduz mais, para cerca de
104,5^\circ.

Passo 5

Comparando as três:
– Em VSEPR a ordem de repulsão é
\text{par isolado–par isolado}>\text{par isolado–par ligante}>\text{par ligante–par ligante}.
– Em \mathrm{CH}_{4} não há pares isolados, ângulo ideal 109,5^\circ.
– Em \mathrm{NH}_{3} 1 par isolado: repulsão maior comprime o ângulo para \sim107^\circ.
– Em \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} 2 pares isolados: repulsão ainda maior comprime o ângulo para \sim104,5^\circ.

Resposta

(a) I \mathrm{CH}_{4}: tetraédrica;
II \mathrm{NH}_{3}: piramidal trigonal;
III \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}: angular (dobrada).
(b) À medida que aumenta o número de pares isolados no átomo central, cresce a repulsão par–isolado vs. par–ligante, comprimindo o ângulo entre ligações: sem pares isolados 109,5^\circ, com 1 107^\circ, com 2 104,5^\circ.

Exercícios relacionados