- Demostre as estruturas de Lewis para:
. Indique sua geometria e polaridade.
Passo 1
O enunciado pede, para cada uma das moléculas
: (1) demonstrar a estrutura de Lewis; (2) indicar a geometria molecular; (3) indicar se a molécula é polar ou não.
Informações relevantes dadas (explicitamente ou implícitas): cada fórmula molecular fornece os átomos presentes e suas quantidades; espera-se que a estrutura de Lewis siga as regras usuais de valência e distribuição de elétrons. Não há imagens adicionais.
Informações relevantes dadas (explicitamente ou implícitas): cada fórmula molecular fornece os átomos presentes e suas quantidades; espera-se que a estrutura de Lewis siga as regras usuais de valência e distribuição de elétrons. Não há imagens adicionais.
Passo 2
Explicação didática do método passo a passo que usarei para todas as moléculas (regras gerais que você precisa dominar antes de desenhar qualquer estrutura de Lewis):
- Contar os elétrons de valência: cada átomo contribui com um certo número de elétrons de sua camada de valência (por ex.:
, , , , , , ). - Montar o esqueleto: geralmente o átomo menos eletronegativo é central (H nunca é central). Ligações iniciais são normalmente ligações simples (pares compartilhados). Cada ligação simples usa
elétrons. - Distribuir os elétrons restantes como pares isolados (lone pairs) primeiro nos átomos terminais para completar o octeto (ou duetos para H), depois no átomo central.
- Se algum átomo (além de B, Be ou elementos do 3º período com exceção) não tiver octeto, considerar ligar pares isolados formando duplas/triplas ligações. Para elementos do 3º período e além (como S, P, Cl) existe a possibilidade de expansões de octeto.
- Calcular cargas formais para verificar a melhor distribuição de elétrons. A carga formal de um átomo é:
. Estruturas com menores cargas formais absolutas e cargas em átomos apropriados (mais eletronegativos carregando cargas negativas) são preferíveis. - Para geometria e polaridade: usar o modelo VSEPR (repulsão entre pares eletrônicos da camada de valência):
- Contar domínios eletrônicos (ligações simples, duplas, triplas contam cada uma como 1 domínio; cada lone pair conta como 1 domínio) ao redor do átomo central.
- A geometria eletrônica resultante define a geometria molecular levando em conta se lone pairs alteram ângulos.
- Polaridade: se a distribuição de ligações/radicais for simétrica e os vetores de dipolo das ligações se cancelarem, a molécula é apolar; caso contrário, é polar. Para avaliar dipolos parciais, considere eletronegatividades aproximadas (Pauling):
, , , , , . Não precisa decorar esses valores com precisão, apenas o suficiente para perceber a direção do dipolo em cada ligação.
Agora aplico o procedimento a cada molécula, mostrando contas e raciocínio passo a passo.
Passo 3
- Elétrons de valência:
contribui com e cada com . Total = elétrons de valência. - Esqueleto:
é o átomo central, quatro ao redor. Cada ligação usa elétrons. Com quatro ligações, usamos elétrons — todos os elétrons foram usados em ligações. - Pares isolados: nenhum elétron restante para pares isolados. Resultado: carbono com quatro ligações simples; hidrogênios com dueto (cada H ligado a C tem 2 elétrons compartilhados, completando H). A fórmula esquemática da estrutura de Lewis é:
com mais duas ligações para os H fora do plano (visualmente: C ligado a quatro H em uma configuração tetraédrica). - Cargas formais: cada átomo tem CF
(C: ; cada H: ). Boa estrutura. - Geometria (VSEPR): em torno do C há
domínios eletrônicos (quatro ligações simples) → geometria eletrônica tetraédrica; geometria molecular tetraédrica. Ângulo de ligação aproximado . - Polaridade: as quatro ligações C–H são praticamente pouco polares (diferença de eletronegatividade pequena) e dispostas de forma simétrica; vetores dipolo se cancelam → molécula apolar.
Passo 4
- Elétrons de valência:
tem ; cada tem . Total = elétrons de valência. - Esqueleto:
central ligado a dois . Usamos ligações simples elétrons usados. Restam elétrons que serão pares isolados. Colocamos esses como dois pares isolados no enxofre. Assim enxofre fica com ligações + pares isolados = elétrons ao seu redor (octeto completo). Cada H tem o dueto satisfeito pela ligação. - Representação: S com duas ligações simples para H e dois pares isolados em S. Em notação descritiva:
— os representam pares isolados no S. - Carga formal: S:
. Cada H: . Estrutura razoável. - Geometria (VSEPR): em torno de S há
domínios eletrônicos (2 ligações + 2 pares isolados) → geometria eletrônica tetraédrica, mas com dois pares isolados a geometria molecular é “angular” ou “curvada” (bent). Espera-se ângulo de ligação menor que — experimentalmente em o ângulo fica perto de (menor que em água, pois S é menos eletronegativo e pares isolados ocupam espaço similar). - Polaridade: ligações S–H têm alguma diferença de eletronegatividade (S
vs H ) gerando dipolos que não se cancelam por causa da geometria angular → molécula polar (momento dipolar não nulo).
Passo 5
- Elétrons de valência:
tem ; cada tem . Total = elétrons de valência. - Esqueleto:
central ligado a três . Usamos ligações → elétrons; restam elétrons, que formam um par isolado no nitrogênio. Assim N tem três ligações e um lone pair (totalizando 8 elétrons ao redor). - Representação:
e mais uma ligação para outro H (três ligações no total). Em notação linear: N com três H ligados e um par isolado. - Carga formal: N:
. Cada H: . OK. - Geometria (VSEPR): ao redor de N há
domínios eletrônicos (3 ligações + 1 par isolado) → geometria eletrônica tetraédrica; geometria molecular será piramidal trigonal (trigonal pyramidal). Ângulo de ligação esperado um pouco menor que por causa do par isolado (valor experimental ). - Polaridade: ligações N–H são polares (N mais eletronegativo que H). A geometria piramidal não é simétrica suficiente para cancelar vetores dipolo →
é polar (momento dipolar apontando da base dos H em direção ao N e seu lone pair).
Passo 6
- Elétrons de valência:
tem ; cada tem . Total = elétrons de valência. - Esqueleto:
central ligado a três . Três ligações usam elétrons. Restam elétrons. Colocamos pares isolados nos átomos de para completar seus octetos: cada precisa de elétrons não ligantes (além da ligação) para completar . Para três isso usa elétrons — perfeito, e sobra nada. Portanto estrutura: B com três ligações simples para três F; cada F tem três pares isolados. B termina com apenas elétrons ao seu redor (três ligações), ou seja, octeto incompleto — isso é comum para átomos de boro. - Cálculo de cargas formais: B:
. Cada F: . Todas as CF igual a zero — estrutura razoável apesar do B não ter octeto completo. Tentar formar ligações duplas B=F para completar o octeto de B daria cargas formais desfavoráveis e não é a estrutura majoritária; experimentalmente aparece com B trigonally ligado e pode aceitar pares de doadores (adquire caráter de ácido de Lewis). - Geometria (VSEPR): ao redor de B há
domínios eletrônicos (três ligações) → geometria eletrônica trigonal plana; geometria molecular trigonal plana com ângulos de . - Polaridade: as três ligações B–F são bastante polares (F muito eletronegativo), mas a disposição trigonal plana e simétrica faz com que os vetores dipolo se cancelem mutuamente → molécula apolar (embora cada ligação seja polar, o resultado vetorial é zero). Observação:
é apolar em sua geometria ideal.
Passo 7
- Sempre comece contando elétrons de valência com calma; erros aqui levam a estruturas erradas.
- Lembre-se que H é terminal e forma só uma ligação (dueto). Boro costuma ficar com octeto incompleto em compostos como
. Átomos do 3º período ou maiores (S, P) podem expandir o octeto se necessário. - Ao avaliar polaridade: primeiro encontre a geometria (VSEPR) e depois pense se a disposição das ligações polares é simétrica (cancela) ou não (resulta em dipolo).
- Pratique desenhando as estruturas com pares isolados explícitos; isso ajuda a visualizar a geometria (pares isolados ocupam espaço e alteram ângulos).