Determine a geometria molecular de:
\mathrm{H}-\mathrm{N}=\mathrm{N}-\mathrm{H}

Passo 1

O enunciado pede: determinar a geometria molecular da espécie representada por \mathrm{H}-\mathrm{N}=\mathrm{N}-\mathrm{H}.
Informações dadas explícitas no enunciado:
  • A fórmula estrutural é \mathrm{H}-\mathrm{N}=\mathrm{N}-\mathrm{H} (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 1 elétron de valência; cada nitrogênio traz 5 elétrons de valência.
  • Monta-se a ligação \mathrm{H}-\mathrm{N}=\mathrm{N}-\mathrm{H} 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 \mathrm{N}: 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 \mathrm{N} tem 3 domínios → geometria eletrônica em torno de cada \mathrm{N} é \emph{trigonal planar}.
  • Como um desses domínios é um par isolado, a geometria molecular ao redor de cada \mathrm{N} é \emph{angular} (ou seja, dobrada/bent), não linear.

Passo 5

Explicar hibridização e a origem da dupla ligação \mathrm{N}=\mathrm{N}, para compreender a planaridade e os ângulos.
Aula curta sobre hibridização:
  • Se um átomo tem 3 domínios, a hibridização típica é sp^2: mistura de 1 orbital s com 2 orbitais p, formando três orbitais híbridos sp^2 no mesmo plano separados por aproximadamente 120^\circ. O orbital p restante, não hibridizado, fica perpendicular ao plano e pode formar ligações \pi (responsáveis pela componente da dupla ligação).
  • No nosso caso cada \mathrm{N} é sp^2-hibridizado: os três orbitais sp^2 acomodam a ligação N–H, a ligação sigma da N=N e o par isolado; o orbital p não hibridizado em cada N faz a sobreposição lateral para formar a ligação \pi da dupla N=N.
Consequência prática:
  • Devido ao sp^2 e à presença do orbital p perpendicular fazendo a ligação \pi, a unidade \mathrm{N}=\mathrm{N} 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 \mathrm{N} serão aproximadamente 120^\circ, 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 \mathrm{N}: eletrônica = \emph{trigonal planar}; molecular = \emph{angular} (bent), com ângulo aproximado \sim 120^\circ (um pouco menor devido ao par isolado).
  • Hibridização de cada nitrogênio: sp^2.
  • 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 \mathrm{H}-\mathrm{N}=\mathrm{N}-\mathrm{H} não especifica cis ou trans, mas independentemente disso a geometria local em cada \mathrm{N} é a que descrevemos.

Resposta

Cada átomo de \mathrm{N}: geometria eletrônica trigonal planar e geometria molecular angular (bent); hibridização sp^2; ângulos aproximados \sim 120^\circ. A molécula é planar (existe isomeria cis/trans dependendo da orientação relativa dos H).

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