Escreva a estrutura de Lewis de cada um dos seguintes compostos, diga qual é a forma e a hibridação de cada átomo central e se a espécie é polar ou apolar:
Passo 1
O enunciado pede três coisas para a espécie
:
- desenhar a estrutura de Lewis;
- dizer a forma (geometria molecular) e a hibridação do átomo central;
- dizer se a espécie é polar ou apolar.
Informações dadas/implícitas que vamos usar: há um átomo de índio (
) ligado a quatro átomos de cloro (
) e a carga total é
. Não há figura adicional. A resolução seguirá construindo a estrutura de Lewis a partir do número total de elétrons de valência e aplicando VSEPR/hibridação para decidir forma e polaridade.
Passo 2
Calcular o número total de elétrons de valência disponíveis. Usamos os elétrons de valência de cada elemento e somamos a contribuição da carga:
-
(grupo 13) tem elétrons de valência. - cada
(grupo 17) tem elétrons de valência, e há cloros: . - a carga
adiciona elétron extra.
Portanto o total é
Vamos usar esses
elétrons para montar a estrutura de Lewis.
Passo 3
Montagem da estrutura esquelética (sem distribuir elétrons ainda): colocamos
no centro e ligamos os quatro
a ele com ligações simples (uma escolha natural porque temos 4 ligantes).
Esqueleto:
(com os outros dois
também ligados ao
, formando quatro ligações simples ao redor do In).
Cada ligação simples consome
elétrons. Com
ligações, usamos
dos
totais. Restam
elétrons para distribuir como pares isolados.
Passo 4
Preencher os octetos dos cloros: cada
precisa de
elétrons ao seu redor. Em cada Cl já há 1 ligação (2 elétrons compartilhados), então faltam
elétrons em pares isolados para completar o octeto de cada
. Para os 4
isso consome
exatamente os
que tínhamos de sobra. Portanto atribuímos a cada
três pares isolados ao redor dele.
No final:
- cada
tem 3 pares isolados + 1 ligação ao In (octeto completo); -
está ligado a quatro por ligações simples e não possui pares isolados (todas as 8 cargas ao redor de In vêm das 4 ligações).
Isso usa todos os
elétrons, logo a estrutura de Lewis está completa.
Passo 5
Verificação de cargas formais (para justificar onde fica a carga
na estrutura de Lewis). Lembre que a carga formal é calculada por
Cálculo para cada
: valência
; não ligantes
(três pares); elétrons em ligações
(uma ligação).
Cálculo para
: valência
; não ligantes
; elétrons em ligações
(quatro ligações).
Assim a carga formal
fica localizada no átomo de índio na estrutura de Lewis (cada Cl está neutro). Isso está coerente com a carga total
da espécie.
Observação: o estado de oxidação de
aqui é
(usando a convenção de atribuir elétrons das ligações ao átomo mais eletronegativo), mas a carga formal na estrutura de Lewis é
; isso é normal — carga formal e estado de oxidação são conceitos diferentes.
Passo 6
Determinar a geometria eletrônica e a geometria molecular (VSEPR). Contamos as regiões de elétrons ao redor do átomo central (
):
- número de domínios de elétrons ligantes =
(quatro ligações simples), - número de pares isolados no centro =
.
O número estérico (steric number) é
. Segundo VSEPR,
domínios sem pares isolados corresponde à geometria eletrônica e molecular tetraédrica. Portanto a forma (geometria molecular) é tetraédrica.
Expliquei: VSEPR classifica a geometria conforme repulsões entre pares ligantes e pares isolados; com quatro ligantes e nenhum par isolado, os ligantes se posicionam nos vértices de um tetraedro para minimizar repulsões, com ângulos
.
Passo 7
Determinar a hibridação do átomo central. Um modo simples de relacionar hibridação à contagem de domínios eletrônicos é:
- steric number
hibridação aproximada .
Explicando didaticamente: hibridação é um modelo da teoria de ligação por valência em que orbitais atômicos (por exemplo
e
) se misturam para formar orbitais híbridos equivalentes. Quatro orbitais híbridos
formam-se a partir de um
e três
, permitindo quatro ligações equivalentes dirigidas para um tetraedro. Apesar de íons de elementos pesados poderem envolver orbitais d em ligações, o modelo simples e útil para prever geometria e covalência apontará para
no caso de quatro domínios ao redor de
.
Logo, a hibridação do
é
.
Passo 8
Determinar a polaridade (momento dipolar). Cada ligação
é polar porque
é bem mais eletronegativo que
; isso gera dipolos individuais apontando do
para cada
. No entanto, na geometria tetraédrica simétrica com quatro ligantes idênticos, os vetores dipolares individuais se cancelam mutuamente (soma vetorial nula). Portanto o momento dipolar resultante é zero e a molécula (ou ânion) é apolar do ponto de vista do dipolo permanente.
Observação importante: a espécie tem carga total
(é um ânion), mas isso não significa que haja um momento dipolar global; carga total e dipolo elétrico são conceitos diferentes. Aqui a distribuição de cargas é simetricamente distribuída, levando a dipolo resultante nulo — chamamos a espécie de apolar (não polar) em termos de momento dipolar.
Resposta
Estrutura de Lewis:
central ligado por quatro ligações simples a quatro
; cada
com três pares isolados; carga formal
localizada no
.
Forma (geometria): tetraédrica.
Hibridação do átomo central ( ):
.
Polaridade: apolar (momento dipolar resultante igual a zero).
Forma (geometria): tetraédrica.
Hibridação do átomo central (
Polaridade: apolar (momento dipolar resultante igual a zero).