O elemento fósforo ( \mathrm{Z}=15 ) forma com o elemento cloro ( \mathrm{Z}=17 ) as moléculas de tricloreto de fósforo e de pentacloreto de fósforo. Sobre estes compostos podemos dizer que:
a) O tricloreto de fósforo é uma molécula apolar, enquanto que o pentacloreto é polar.
b) As ligações entre fósforo e cloro são todas do tipo { }^{\sigma} no tricloreto de fósforo e do tipo \pi no pentacloreto.
c) O cloro, nestes compostos, apresenta 10 elétrons de valência.
d) A hibridização do fósforo é a mesma, em ambos os compostos.
e) Nenhum desses compostos apresenta geometria plana.
Explique:

Passo 1

O enunciado dá as seguintes informações e pede que se indique a alternativa correta entre (a)–(e):
  • Elemento fósforo: \mathrm{Z}=15.
  • Elemento cloro: \mathrm{Z}=17.
  • Compostos: \mathrm{PCl_3} (tricloreto de fósforo) e \mathrm{PCl_5} (pentacloreto de fósforo).
O que o enunciado pergunta: avaliar as afirmações (a) a (e) e dizer qual(is) é(são) verdadeira(s).
Informações relevantes explícitas do enunciado:
  • Há que comparar polaridade das moléculas, tipos de ligação ( \sigma vs \pi), número de elétrons de valência do cloro nesses compostos, hibridização do fósforo e geometria (plana ou não) dos compostos.

Passo 2

Contagem de elétrons de valência (explicação básica)
  • Para decidir estruturas de Lewis e hibridização precisamos saber quantos elétrons de valência têm os átomos.
  • Regra prática: o número de valência é igual ao número de elétrons na camada de valência (para elementos do bloco p, é o mesmo que o número do grupo na tabela periódica).
Aplicando:
  • Fósforo: \mathrm{P} está no grupo 15 → tem 5 elétrons de valência. Escreverei isso como \text{valência}_{\mathrm{P}}=5ê.
  • Cloro: \mathrm{Cl} está no grupo 17 → tem 7 elétrons de valência, \text{valência}_{\mathrm{Cl}}=7ê.
Esses valores servem para montar as estruturas de Lewis de \mathrm{PCl_3} e \mathrm{PCl_5}.

Passo 3

Estrutura de Lewis e geometria de \mathrm{PCl_3} (explicando passo a passo)
  • Soma de elétrons de valência para \mathrm{PCl_3}: \text{total} = 5\\ (\text{P}) + 3\times7\\ (\text{cada Cl}) = 5+21 = 26\\ \text{elétrons}.é
  • Montagem rápida: colocar \mathrm{P} no centro ligado a 3 \mathrm{Cl}. Cada ligação simples usa 2 elétrons → 3\times2=6 elétrons usados. Restam 26-6=20 elétrons para completar pares isolados, que vão preferencialmente nos cloros (cada \mathrm{Cl} precisa de 3 pares para completar octeto) e no que sobrar no fósforo.
  • Resultado típico: cada \mathrm{Cl} tem 3 pares isolados (6 elétrons) e participa da ligação com \mathrm{P} (1 par compartilhado), totalizando o octeto; o \mathrm{P} fica com 3 ligações e 1 par isolado (par solitário).
  • Assim, em notação VSEPR temos um átomo central com 3 ligações e 1 par solitário: \mathrm{AX_3E}.
  • Geometria segundo VSEPR: trigonal piramidal (não plana). O par isolado ocupa mais espaço do que uma ligação, empurrando as três ligações formando uma pirâmide com o P no vértice (ex.: ângulo aproximado \approx 107^\circ).
  • Polaridade: cada ligação P–Cl é polar (Cl mais eletronegativo que P), e por causa do par solitário a soma vetorial dos momentos dipolares não se anula → molécula polar. Conclusão: \mathrm{PCl_3} é polar e não plana.
  • Hibridização (modelo simples de valência): 4 “domínios” eletrônicos (3 ligações + 1 par isolado) → hibridização aproximada \mathrm{sp^3}. As ligações P–Cl são ligações \sigma (compartilhamento de um par de elétrons sobre o eixo que une P e Cl).

Passo 4

Estrutura de Lewis e geometria de \mathrm{PCl_5} (explicando passo a passo)
  • Soma de elétrons de valência para \mathrm{PCl_5}: \text{total} = 5\\ (\text{P}) + 5\times7\\ (\text{cada Cl}) = 5+35 = 40\\ \text{elétrons}.é
  • Montagem: \mathrm{P} no centro ligado a 5 \mathrm{Cl} por ligações simples. Cada \mathrm{Cl} completa seu octeto com 3 pares isolados mais o par de ligação; o fósforo usa 5 pares de ligação.
  • Importante: fósforo é do terceiro período, pode “expandir o octeto” e acomodar 5 ligações (situação aceita para elementos a partir do nível n=3).
  • Geometria segundo VSEPR: sem pares isolados no central, 5 ligações → \mathrm{AX_5} → trigonal bipiramidal. Configuração: 3 cloros equatoriais num plano (a 120° entre si) e 2 axiais perpendiculares ao plano (acima e abaixo). A molécula inteira não é plana porque existem dois átomos (os axiais) fora do plano equatorial.
  • Polaridade: como os 5 substituintes são iguais e a geometria é simétrica (disposição trigonal bipiramidal), os momentos de dipolo se cancelam globalmente → \mathrm{PCl_5} é apolar (no estado molecular isolado).
  • Hibridização (modelo simples VB): frequentemente descrita como \mathrm{sp^3d} ou \mathrm{dsp^3} para acomodar 5 orbitais híbridos; alternativa moderna: descrever as ligações axiais como ligações 3-centro-4-elétron (3c–4e) envolvendo orbitais p e orbitais sigma compartilhados, mas de forma alguma são ligações \pi. Em resumo: todas as ligações P–Cl em \mathrm{PCl_5} são essencialmente ligações \sigma (ou podem ser descritas por modelos de ligações coordenadas/3c–4e), não ligações \pi.

Passo 5

Avaliação das alternativas (uma a uma), com explicação clara e curta:
(a) “O tricloreto de fósforo é uma molécula apolar, enquanto que o pentacloreto é polar.”
  • Pelo que vimos: \mathrm{PCl_3} é polar; \mathrm{PCl_5} é apolar. A alternativa está invertida → falsa.
(b) “As ligações entre fósforo e cloro são todas do tipo \sigma no tricloreto de fósforo e do tipo \pi no pentacloreto.”
  • Em \mathrm{PCl_3} as ligações são \sigma. Em \mathrm{PCl_5} as ligações também não são \pi; são essencialmente \sigma (ou podem ser descritas por ligações 3c–4e para as axiais), mas não são ligações \pi. Logo a afirmação é falsa.
(c) “O cloro, nestes compostos, apresenta 10 elétrons de valência.”
  • Cada átomo de \mathrm{Cl} ligado a \mathrm{P} em \mathrm{PCl_3} ou \mathrm{PCl_5} tem 3 pares isolados (6 elétrons) mais 1 par de ligação (2 elétrons) → totalizando 8 elétrons no nível de valência (o octeto). A afirmação de “10 elétrons de valência” está errada. Falsa.
(d) “A hibridização do fósforo é a mesma, em ambos os compostos.”
  • Em \mathrm{PCl_3} usamos \mathrm{sp^3} (4 domínios). Em \mathrm{PCl_5} o modelo clássico usa \mathrm{sp^3d} (5 domínios). Portanto são diferentes. Falsa.
(e) “Nenhum desses compostos apresenta geometria plana.”
  • \mathrm{PCl_3} tem geometria trigonal piramidal (não plana). \mathrm{PCl_5} tem geometria trigonal bipiramidal: a molécula inteira não é planar (existem dois átomos axiais fora do plano). Assim, nenhum dos dois é totalmente plano → verdadeira.

Passo 6

Resumo final e motivação curta para decorar na prova:
  • Lembre-se: contar elétrons de valência, montar Lewis, identificar domínios eletrônicos ( AX_nE_m) e aplicar VSEPR resolve rapidamente geometria e polaridade.
  • Para ligações: P–Cl são ligações simples \sigma; não confunda a capacidade do fósforo de expandir o octeto com formação de ligações \pi.
  • Para checar planaridade, pergunte: “todos os átomos estão no mesmo plano?” — se não, não é planar.

Resposta

e) Nenhum desses compostos apresenta geometria plana.

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