Desenhe a estrutura de Lewis para o hidreto de berílio.
. Desenhe os orbitais que se sobrepõem nas ligações
e identifique a hibridização de cada orbital. Preveja o ângulo de ligação.
Passo 1
O enunciado pede três coisas para a molécula
:
- Desenhar a estrutura de Lewis de
. - Desenhar (descrever) quais orbitais se sobrepõem nas ligações e identificar a hibridização de cada orbital.
- Prever o ângulo de ligação.
Informações dadas / que vamos usar:
- Fórmula da molécula:
. - Cada átomo de hidrogênio contribui com
elétron de valência. - Berílio (Be) no seu nível de valência tem
elétrons (configuração de valência ). - Precisamos usar conceitos de elétrons de valência, pares de ligação, hibridização (valence bond) e VSEPR para prever geometria.
Passo 2
Contagem de elétrons de valência (passo fundamental para a estrutura de Lewis).
- Elétrons de valência do berílio:
. - Elétrons de valência dos dois hidrogênios:
.
Portanto o total de elétrons de valência é
Explicação didática: cada ligação simples (sigma) consome 2 elétrons (um par compartilhado). Com 4 elétrons disponíveis podemos formar exatamente duas ligações simples.
Passo 3
Montando a estrutura de Lewis passo a passo.
- Coloca-se o átomo menos eletronegativo no centro: aqui o berílio (
) é o central e os dois ficam ligados a ele. - Usamos 2 elétrons para formar a ligação
à esquerda e 2 elétrons para formar a ligação à direita. Não sobram elétrons para pares isolados no Be ou nos H. - A estrutura de Lewis fica, em símbolos, assim:
com dois pares compartilhados (um par em cada ligação) — total de
elétrons usados.
Verificação de cargas formais (para garantir plausibilidade):
- Cada
em ligação simples tem carga formal . - Berílio com duas ligações simples (nenhum par isolado) tem carga formal
.
Conclusão: estrutura neutra e aceitável, embora o berílio não atinja a regra do octeto (tem apenaselétrons ao seu redor). Isso é comum para elementos do período 2, especialmente Be.
Passo 4
Por que o Be não completa o octeto e isso é aceitável?
- A regra do octeto é uma diretriz; átomos pequenos (Be, B) frequentemente formam estruturas com octeto incompleto.
- Energeticamente é desfavorável ao berílio aceitar elétrons extras para completar octeto em muitos compostos simples; por isso a estrutura com apenas duas ligações simples é a que existe experimentalmente para
no estado gasoso (molécula linear).
Passo 5
Explicando a hibridização: teoria de ligação por valência (como o Be forma duas ligações equivalentes).
- Estado fundamental do berílio: configuração de valência
. Com essa configuração, não haveria elétrons desemparelhados suficientes para formar duas ligações. - Conceito de promoção: um elétron do orbital
pode ser promovido para , gerando . Isso permite dois elétrons desemparelhados prontos para formar duas ligações. - Depois da promoção, os orbitais
e se combinam (hibridizam) para formar dois orbitais equivalentes chamados .
Representação das duas funções híbridas (esquematicamente):
onde
é a função do orbital
do Be e
é o orbital
orientado ao longo do eixo que escolhemos como eixo molecular (z). A combinação “
” e “
” gera dois orbitais
apontando em direções opostas ao longo do eixo z.
Explicação didática das variáveis:
-
: função de onda do orbital (esférico). -
: função de onda do orbital com lóbulos ao longo do eixo escolhido (z). -
: as duas funções híbridas , normalizadas pela constante .
Passo 6
Que orbitais se sobrepõem para formar as ligações
?
- Cada hidrogênio tem um orbital
(esférico) contendo um elétron. - Cada orbital híbrido
do berílio (um apontando para a esquerda, outro para a direita, ao longo do mesmo eixo) contém um elétron desemparelhado após a promoção e se sobrepõe “end-on” com o orbital do hidrogênio correspondente. - Essa sobreposição entre
(do Be) e (do H) forma duas ligações sigma ( ) locais: -
(esquerda) = sobreposição . -
(direita) = sobreposição .
-
Descrição geométrica dos orbitais:
- Orbitais
do Be: cada um é alongado ao longo do eixo internuclear com um lóbulo maior apontando para o H e um lóbulo menor do outro lado (padrão típico de híbridos ). - Orbitais
dos H: esferas que se aproximam e “encaixam” com o lóbulo maior do para formar a ligação sigma.
Observação sobre orbitais não envolvidas:
- Os outros dois orbitais
do Be (perpendiculares ao eixo z) permanecem não ocupados (ou vazios) na descrição simples; eles não participam da ligação linear.
Passo 7
Previsão do ângulo de ligação usando VSEPR / simetria dos híbridos.
- VSEPR: dois pares de elétrons ligantes ao redor do átomo central se posicionam o mais distante possível: isso dá geometria linear.
- Hibridização
: os dois híbridos estão orientados em um do outro (direções opostas ao longo do eixo).
Conclusão: o ângulo de ligaçãoprevisto é
Passo 8
Resumo físico-químico rápido (para memorizar na prova):
- Lewis:
com dois pares de ligação e sem pares isolados em Be (Be com octeto incompleto, tem 4 elétrons de valência usados). - Hibridização do Be:
. - Orbitais que se sobrepõem: cada ligação é formada pela sobreposição sigma entre um orbital
do Be e o orbital de um H. - Ângulo de ligação:
.
Resposta
Lewis:
(duas ligações simples, Be com 4 elétrons, sem pares isolados).
Hibridização / orbitais: Be usa híbridos ; cada ligação é
por sobreposição
.
Ângulo de ligação: .
Hibridização / orbitais: Be usa híbridos
Ângulo de ligação: