Determine a geometria molecular de:
Passo 1
O enunciado pede: determinar a geometria molecular da espécie representada por
.
Informações dadas explícitas no enunciado:
- A fórmula estrutural é
(dois átomos de nitrogênio ligados por uma dupla e cada nitrogênio ligado a um hidrogênio). - Não há outras informações adicionais (como isomeria cis/trans) fornecidas no enunciado.
Passo 2
Desenhar a estrutura de Lewis e contar pares eletrônicos em torno de cada nitrogênio.
Explicação didática (como fazer na prova):
- Primeiro passo para achar geometria: montar a estrutura de Lewis para saber quantos pares (ligantes e isolados) existem em torno do átomo central.
- Cada hidrogênio traz
elétron de valência; cada nitrogênio traz elétrons de valência. - Monta-se a ligação
com uma dupla ligação entre os nitrogênios e ligações simples N–H. Em termos de pares ao redor de cada N, a dupla ligação conta como uma região de densidade eletrônica (um domínio), porque a teoria VSEPR conta ligações múltiplas como um único domínio para geometria.
Aplicando isso:
- Em cada nitrogênio há: um vínculo simples N–H (um domínio), a ligação dupla N=N (contada como um domínio), e resta um par isolado (lone pair) no nitrogênio para completar a octa/valência. Logo, cada N tem três domínios eletrônicos ao redor.
Passo 3
Entender como contar domínios eletrônicos (regra que você deve aplicar sempre).
Aula curta e prática:
- Domínio eletrônico = qualquer região de alta densidade eletrônica ao redor do átomo considerado: ligação simples, ligação múltipla (dupla/tripla) ou par isolado contam cada um como 1 domínio.
- Exemplos: um átomo com 4 ligações simples → 4 domínios; com uma dupla e duas simples → 3 domínios; com uma ligação simples e dois pares isolados → 3 domínios.
- Aqui, para cada
: domínios = 1 (N–H) + 1 (N=N) + 1 (par isolado) = 3 domínios.
Passo 4
Aplicar VSEPR para encontrar a geometria eletrônica e a geometria molecular local.
Explicação didática do VSEPR (passo-a-passo):
- VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion) diz que os domínios eletrônicos ao redor de um átomo se posicionam para minimizar repulsões, dando uma geometria que depende do número de domínios.
- Tabela curta: 2 domínios → linear; 3 domínios → trigonal planar; 4 domínios → tetraédrica; etc.
- Quando há pares isolados, a geometria eletrônica (contando pares e ligações) é a mesma, mas a geometria molecular (só contando átomos) muda: por exemplo, 3 domínios com 1 par isolado → geometria molecular “angular” (bent).
Aplicando ao nosso caso:
- Cada
tem 3 domínios → geometria eletrônica em torno de cada é \emph{trigonal planar}. - Como um desses domínios é um par isolado, a geometria molecular ao redor de cada
é \emph{angular} (ou seja, dobrada/bent), não linear.
Passo 5
Explicar hibridização e a origem da dupla ligação
, para compreender a planaridade e os ângulos.
Aula curta sobre hibridização:
- Se um átomo tem 3 domínios, a hibridização típica é
: mistura de 1 orbital com 2 orbitais , formando três orbitais híbridos no mesmo plano separados por aproximadamente . O orbital restante, não hibridizado, fica perpendicular ao plano e pode formar ligações (responsáveis pela componente da dupla ligação). - No nosso caso cada
é -hibridizado: os três orbitais acomodam a ligação N–H, a ligação sigma da N=N e o par isolado; o orbital não hibridizado em cada N faz a sobreposição lateral para formar a ligação da dupla N=N.
Consequência prática:
- Devido ao
e à presença do orbital perpendicular fazendo a ligação , a unidade e os átomos ligados ficam no mesmo plano → a molécula é planar (cada nitrogênio e seus substituintes imediatos estão no mesmo plano). - Os ângulos ao redor de cada
serão aproximadamente , levemente menores por causa da repulsão extra do par isolado (pares isolados ocupam mais espaço que ligações e empurram ligeiramente os ângulos de ligação).
Passo 6
Resumo físico-químico e nota sobre isomeria (prática para prova).
- Geometria ao redor de cada átomo de
: eletrônica = \emph{trigonal planar}; molecular = \emph{angular} (bent), com ângulo aproximado (um pouco menor devido ao par isolado). - Hibridização de cada nitrogênio:
. - A molécula inteira é planar (os átomos H–N–N–H no mesmo plano). Existe isomeria cis/trans em diazenas: a conformação em que os H estão do mesmo lado é cis; em lados opostos é trans. O enunciado escrito como
não especifica cis ou trans, mas independentemente disso a geometria local em cada é a que descrevemos.
Resposta
Cada átomo de
: geometria eletrônica trigonal planar e geometria molecular angular (bent); hibridização
; ângulos aproximados
. A molécula é planar (existe isomeria cis/trans dependendo da orientação relativa dos H).