5- Considere as seguintes moléculas:
.
a) Qual é a estrutura de Lewis de cada uma dessas moléculas?
b) Qual é o arranjo e a geometria das moléculas (para moléculas com mais de um átomo central, prediga a geometria em relação à cada átomo central)?
c) Qual(is) dessas moléculas é (são) polar(es) ? Justifique sua resposta.
a) Qual é a estrutura de Lewis de cada uma dessas moléculas?
b) Qual é o arranjo e a geometria das moléculas (para moléculas com mais de um átomo central, prediga a geometria em relação à cada átomo central)?
c) Qual(is) dessas moléculas é (são) polar(es) ? Justifique sua resposta.
Passo 1
O enunciado pede, para as moléculas
,
e
, três coisas:
- (a) a estrutura de Lewis de cada molécula;
- (b) o arranjo (geometria eletrônica) e a geometria molecular (geometria das posições dos átomos). Se houver mais de um átomo central, prever a geometria em relação a cada átomo central;
- (c) dizer quais são polares e justificar.
Informações dadas pelo enunciado: as fórmulas das três moléculas:
,
e
.
Observação que vou adotar (sem te perguntar): vou interpretar
como
(vinilfluoreto, isto é, duas carbonos ligados por dupla ligação, fórmula total
), que é a interpretação usual dessa notação.
Passo 2
Como desenhar estruturas de Lewis (receita passo a passo que vou aplicar nas três moléculas)
- Contar elétrons de valência: some os elétrons de valência de cada átomo.
- Montar uma ligação simples entre átomos (um par de elétrons = uma ligação
). - Distribuir elétrons restantes como pares isolados primeiro nos átomos externos (geralmente os halogênios e H). H só aceita 2 elétrons.
- Completar octeto dos átomos centrais (ou usar múltiplas ligações
ou se necessário). - Para elementos da terceira linha ou abaixo (por ex. Br) pode haver octeto expandido (mais que 8 elétrons).
- Conferir cargas formais: a carga formal de um átomo é
Procura-se estruturas com cargas formais pequenas (de preferência zero).
7. Depois, para prever geometria: contar domínios de elétrons ao redor do átomo central (cada ligação simples/dupla/tripla conta como um domínio; cada par livre conta como um domínio) — isso dá a geometria eletrônica (arranjo dos domínios). A geometria molecular (posição dos átomos) é obtida removendo-se mentalmente os pares não-ligantes da descrição visual. Use o modelo VSEPR (repulsão entre domínios).
7. Depois, para prever geometria: contar domínios de elétrons ao redor do átomo central (cada ligação simples/dupla/tripla conta como um domínio; cada par livre conta como um domínio) — isso dá a geometria eletrônica (arranjo dos domínios). A geometria molecular (posição dos átomos) é obtida removendo-se mentalmente os pares não-ligantes da descrição visual. Use o modelo VSEPR (repulsão entre domínios).
Vou aplicar essa receita em detalhe para cada molécula, mostrando as contas e explicando cada conceito com calma.
Passo 3
Desenho e análise completa para
- Contagem de elétrons de valência:
-
Montagem inicial: N no centro ligada a três H por ligações simples. Cada ligação usa 2 elétrons, então
elétrons usados nas ligações. -
Restam
elétrons, colocados como par isolado no nitrogênio (pois H já tem seu par ligado e nitrogênio precisa completar o octeto). -
Estrutura de Lewis (representação verbal e de pares):
- N com três pares de ligação N–H e um par isolado (lone pair). Em notação de pontos: o N tem um par não-ligante : e três ligações simples a H.
- Verificação do octeto e cargas formais:
- Cada H tem 2 elétrons (ok). N possui 3 ligações (6 elétrons compartilhados) + 2 elétrons não-ligantes = 8 → octeto satisfeito.
- Carga formal do N:
As cargas formais são zero — estrutura estável.
- Geometria (VSEPR):
- Ao redor de N existem 4 domínios de elétrons (3 ligações + 1 par livre) → geometria eletrônica tetraédrica.
- Removendo o par livre para ver posição dos átomos, a geometria molecular é trigonal piramidal.
- Ângulo aproximado entre ligações H–N–H: cerca de
(menor que do tetraedro por causa da repulsão extra do par livre).
- Polaridade:
- Eletronegatividades (valores aproximados de Pauling):
, . Cada ligação N–H possui um dipolo apontando do H para o N (porque N é mais eletronegativo). - Como a molécula não é simétrica plana que cancela esses dipolos (a forma trigonal piramidal é assimétrica), os dipolos não se cancelam. Resultado:
é polar, com momento dipolar resultante apontando para o nitrogênio (do conjunto de H para N).
Comentário de incentivo: entãotem par livre que “tira” o ângulo e ainda deixa a molécula com dipolo — fácil de visualizar.
Passo 4
Desenho e análise completa para
(interpretação:
, vinilfluoreto)
-
Motivação da interpretação: a notação
costuma indicar um sistema com dois carbonos e três hidrogênios no total, e um flúor ligado a um carbono — isto corresponde ao vinilfluoreto . Vou usar essa fórmula para continuar. -
Contagem de elétrons de valência:
- Estrutura conectiva: desenhe a dupla ligação entre os dois carbonos:
- Carbono esquerdo (C1): ligado a dois H e ao C2 por uma ligação dupla.
- Carbono direito (C2): ligado a um H, a um F e ao C1 por uma ligação dupla.
- Distribuição de elétrons e checagem de octeto:
- Ligações: temos 1 ligação dupla (conta como duas ligações para a contagem de elétrons ligados) entre C–C e ligações simples C–H e C–F. Contando pares: todas as ligações consomem
elétrons; procedendo mentalmente, cada carbono termina com 8 elétrons (a dupla conta como 4 elétrons para o carbono), cada F tem 3 pares isolados além da ligação e H tem 2 elétrons — octetos satisfeitos, sem necessidade de pares não-ligantes nos carbonos.
- Cálculo formal de cargas:
- Tipicamente todas as cargas formais são zero nessa estrutura (cada átomo alcança sua valência esperada por pares / ligações). Em particular, F tem 3 pares isolados + 1 ligação, soma 7 elétrons de valência → CF
. Carbonos com ligações suficientes também terão CF .
- Geometrias locais (contar domínios ao redor de cada átomo central):
- Cada carbono envolvido na dupla ligação é
(três domínios: duas ligações simples/uma dupla = 3 domínios) → geometria eletrônica ao redor de cada carbono: trigonal planar; geometria molecular local também trigonal planar. Os ângulos de ligação no entorno de cada carbono são aproximadamente . - O flúor tem três pares não-ligantes + uma ligação, sua nuvem eletrônica local é tetraédrica, mas isso só importa localmente; como átomo terminal, não afeta a descrição planar global.
- A molécula é essencialmente plana (todos os átomos ligados aos carbonos ficam num plano).
- Polaridade:
- Eletronegatividades aproximadas:
, , . - A ligação C–F é fortemente polar, com dipolo apontando do carbono para o flúor.
- As ligações C–H são praticamente apolares (diferença pequena).
- A molécula é plana, mas não simétrica de modo a cancelar o dipolo C–F (há uma desigualdade entre o lado com F e o lado sem F). Logo existe um momento dipolar resultante apontando para o átomo de F.
Conclusão:(vinilfluoreto) é polar. Dica prática: toda vez que tiver um substituinte muito eletronegativo (F, Cl, etc.) em um esqueleto assimétrico, espere polaridade.
Passo 5
Desenho e análise completa para
- Contagem de elétrons de valência:
-
Montagem inicial: bromo (Br) no centro com cinco ligações simples a cinco átomos de flúor. Cada ligação consome
elétrons, então elétrons usados em ligações. Restam elétrons. -
Distribuição dos pares isolados:
- Cada flúor precisa completar 8 elétrons: cada F já tem 2 elétrons na ligação, faltam 6 elétrons = 3 pares isolados por F. Para cinco F são necessários
elétrons. Então desses 32 restantes, 30 são colocados como pares isolados nos 5 F (3 pares cada). - Restam
elétrons, que formam um par isolado sobre o Br central.
- Checagem:
- No Br: cinco pares de ligação (10 elétrons) + um par isolado (2 elétrons) = 12 elétrons ao redor do Br → octeto expandido (aceitável para elementos da 3ª período ou maior, como Br).
- Cálculo de cargas formais: todos os átomos têm carga formal zero (cada F: 7 - 6 - 1 = 0; Br: 7 - 2 - 1/2(10) = 7 - 2 -5 = 0).
- Geometria (VSEPR):
- Ao redor do Br existem 6 domínios (5 pares ligantes + 1 par não-ligante) → geometria eletrônica octaédrica.
- Com um par não-ligante, a geometria molecular (posição dos átomos F) é uma pirâmide quadrada (square pyramidal): quatro F ocupam os vértices de uma base quadrada e um F fica no ápice.
- Ângulos entre os ligantes da base são aproximadamente
, e ligações axial/eqüatorial têm ângulos próximos de também, ajustados pela presença do par livre.
- Polaridade:
- A geometria square pyramidal não é simétrica em forma a cancelar todos os vetores de dipolo: o par isolado quebra a simetria octaédrica que, se não houvesse par, poderia gerar cancelamento perfeito. Com a pirâmide quadrada, existe um vetor resultante de dipolo (os vetores das ligações não se cancelam).
- Além disso, cada ligação Br–F é muito polar (diferença grande de eletronegatividade). Como a distribuição não é simétrica,
é polar. - Observação técnica: a molécula pertence a um ponto de simetria que não anula o momento dipolar (normalmente grupo
reduzido), portanto momento dipolar .
Passo 6
Resumo didático rápido para comparar e fixar a ideia (dicas para prova)
- Método geral: contar elétrons → ligar átomos → completar átomos externos com pares → verificar octeto dos centrais → ajustar com ligações múltiplas ou aceitar octeto expandido → contar domínios (ligações + pares não-ligantes) para VSEPR → decidir geometria eletrônica e geom. molecular → avaliar polaridade somando vetores de dipolo.
- Regra prática para polaridade: se a molécula tiver simetria que permite o cancelamento dos dipolos (por ex.
linear com dois dipolos opostos iguais), pode ser apolar; se não houver cancelamento (ex.: moléculas piramidais, assimétricas ou com substituintes de diferente eletronegatividade), será polar. - Pares livres ocupam mais espaço que pares de ligação e diminuem ângulos de ligação próximos (por isso em
o ângulo é , menor que o tetraédrico ).