Escreva a estrutura de Lewis para No caso em que houver mais que uma estrutura de ressonância importante, dê todas as suas contribuições. Determine a geometria do átomo central usando a teoria RPECV.
\left[\mathrm{GeCl}_{3}\right]^{-}

Passo 1

Vou deixar claro o que o problema pede e quais informações temos explicitamente.
  • O enunciado pede:
    1. Escrever a estrutura de Lewis do íon \left[\mathrm{GeCl}_{3}\right]^{-}.
    2. Se houver mais de uma estrutura de ressonância importante, dar todas as contribuições.
    3. Determinar a geometria do átomo central usando a teoria RPECV (VSEPR).
  • Informações explícitas do enunciado:
    • Espécie: \left[\mathrm{GeCl}_{3}\right]^{-}.
    • Não foi dada figura nem números extras; só usar valência e regras de Lewis/VSEPR.

Passo 2

Contagem de elétrons de valência (etapa fundamental para montar a estrutura de Lewis).
  • Cada átomo contribui com seus elétrons de valência:
    • Germânio ( \mathrm{Ge}, grupo 14) tem 4 elétrons de valência.
    • Cada cloro ( \mathrm{Cl}, grupo 17) tem 7 elétrons de valência; são 3 cloros, então 3\times7=21.
    • A carga total do íon é -1, então adiciona-se 1 elétron extra.
  • Soma total de elétrons de valência: 4 + 21 + 1 = 26\\ \text{elétrons}é
  • Em pares de elétrons: 26 elétrons correspondem a 13 pares de elétrons.

Passo 3

Montagem da estrutura-esqueleto (colocando ligações e preenchendo octetos).
  • Colocamos \mathrm{Ge} como átomo central ligado aos três \mathrm{Cl} por ligações simples (configuração típica para \mathrm{AX}_3).
  • Cada ligação simples \mathrm{Ge}\!-\!\mathrm{Cl} consome 2 elétrons, então as 3 ligações consomem 3\times2=6 elétrons (ou 3 pares).
  • Elétrons restantes após as ligações: 26 - 6 = 20\\ \text{elétrons} \quad\text{(ou }10\text{ pares)}é
  • Preencher o octeto dos cloros primeiro: cada \mathrm{Cl} já participa de uma ligação (2 elétrons), precisa de 6 elétrons livres (3 pares) para completar o octeto. Para os 3 cloros são necessários 3\times6=18 elétrons.
  • Subtrair os 18 elétrons colocados nos cloros dos 20 restantes: 20 - 18 = 2\\ \text{elétrons} \quad\text{(ou }1\text{ par)}é
  • Esse par restante fica no germânio como um par isolado (lone pair).
Resultado provisório: Ge com três ligações simples a Cl e um par isolado no Ge. Todos os Cl têm octeto preenchido.

Passo 4

Cálculo das cargas formais (para verificar estabilidade e onde está a carga -1).
  • Regra: \text{carga formal} = \text{valência atômica} - \text{elétrons não ligantes} - \dfrac{\text{elétrons ligantes}}{2}.êôéãé
  • Para cada \mathrm{Cl} (com ligação simples): elétrons não ligantes =6 (3 pares), elétrons ligantes totais =2. \text{carga formal}_{\mathrm{Cl}} = 7 - 6 - \frac{2}{2} = 7 - 6 - 1 = 0.
  • Para \mathrm{Ge}: valência =4; elétrons não ligantes =2 (o par solitário); elétrons ligantes totais =6 (três ligações simples têm 6 elétrons). \text{carga formal}_{\mathrm{Ge}} = 4 - 2 - \frac{6}{2} = 4 - 2 - 3 = -1.
  • Soma das cargas formais: 3\times0 + (-1) = -1, que bate com a carga total do íon.
Interpretação: a carga negativa formal está localizada no átomo central \mathrm{Ge}. Todos os cloros estão com carga formal 0.

Passo 5

Discussão sobre possíveis estruturas de ressonância (e por que / por que não existem contribuições importantes).
  • Ressonância envolve movimentação de pares de elétrons que leva a estruturas alternativas com diferentess localizações de ligações e cargas formais, mantendo a mesma conectividade atômica.
  • Poderíamos imaginar formas com duplas ligações \mathrm{Ge}=\mathrm{Cl} que eventualmente mudem cargas formais. Mas ao tentar isso aparecem problemas:
    • Uma dupla \mathrm{Ge}=\mathrm{Cl} daria carga formal positiva ao cloro ligado em dupla (Cl tende a não carregar carga positiva em estruturas principais) e tornaria a contabilidade de cargas difícil de reconciliar com a carga total -1.
    • Além disso, para que a carga total fosse -1 em estruturas com duplas, seria necessário atribuir cargas negativas grandes a outros átomos, o que violaria octetos ou geraria distribuções muito desfavoráveis.
  • Química prática e eletronegatividade:
    • \mathrm{Cl} é bastante eletronegativo; se houvesse possibilidade clara de deslocar a carga negativa para um cloro, isso geralmente seria favorável. No entanto, qualquer tentativa de colocar o elétron extra como par isolado em um \mathrm{Cl} enquanto mantêm as ligações deixa esse cloro com mais de oito elétrons (violação do octeto) ou exige ligações múltiplas inviáveis.
    • Portanto, a estrutura com \mathrm{Ge} contendo o par extra (e formal -1 em Ge) é a mais simples e a mais consistente com as regras de Lewis sem violar octetos.
  • Conclusão sobre ressonância: não existem estruturas de ressonância significativas que contribuam comparavelmente; a estrutura com três ligações simples e um par isolado no \mathrm{Ge} é a representação principal e dominante.

Passo 6

Aplicando a teoria RPECV (VSEPR) para determinar a geometria do átomo central.
  • Identificar domínios eletrônicos ao redor do átomo central \mathrm{Ge}:
    • Cada ligação simples \mathrm{Ge}\!-\!\mathrm{Cl} conta como um domínio eletrônico: são 3 domínios de ligação.
    • Além disso há 1 par isolado (lone pair) no \mathrm{Ge}: esse é mais um domínio.
    • Total de domínios eletrônicos ao redor do \mathrm{Ge}: 3 + 1 = 4.
  • Na RPECV, 4 domínios eletrônicos correspondem à geometria eletrônica tetraédrica (arranjo que minimiza repulsões entre os quatro domínios).
  • Geometria molecular (desconsiderando o par isolado na visualização da forma geométrica com átomos): com 3 ligações e 1 par isolado, a geometria molecular é trigonal piramidal (tipo \mathrm{AX}_3\mathrm{E}).
  • Efeito do par isolado nas medidas:
    • O par isolado ocupa mais espaço e repele mais fortemente os pares ligantes, então os ângulos de ligação \mathrm{Cl}\!-\!\mathrm{Ge}\!-\!\mathrm{Cl} serão um pouco menores que o ângulo tetraédrico ideal de 109{,}5^\circ.
    • Uma estimativa prática (analogamente a \mathrm{NH}_3) é um ângulo próximo de 107^\circ (pode variar porque \mathrm{Ge} é maior que \mathrm{N}, mas a tendência é a mesma: ângulo < 109{,}5^\circ).

Passo 7

Resumo final do raciocínio e checagens adicionais rápidas (para prova).
  • Contagem de elétrons foi feita com cuidado e fechou em 13 pares totais.
  • Preenchimento dos octetos dos cloros consumiu a maior parte dos pares; o par remanescente ficou em \mathrm{Ge}.
  • Cargas formais confirmam a carga total -1 localizada no \mathrm{Ge}.
  • Não há ressonância importante: estruturas alternativas com duplas violam octetos ou levam a distribuições de carga desfavoráveis.
  • Pela RPECV: geometria eletrônica tetraédrica; geometria molecular trigonal piramidal; ângulo de ligação aproximado menor que 109{,}5^\circ, tipicamente perto de 107^\circ.

Resposta

Lewis: \mathrm{Ge} ligado a três \mathrm{Cl} por ligações simples, com um par isolado no \mathrm{Ge}. Cargas formais: \text{Ge}=-1, cada \text{Cl}=0.
Ressonância: não há contribuições de ressonância importantes (estrutura única dominante).
Geometria (RPECV): geometria eletrônica tetraédrica; geometria molecular trigonal piramidal (ângulos \mathrm{Cl}\!-\!\mathrm{Ge}\!-\!\mathrm{Cl} ligeiramente menores que 109{,}5^\circ, ~ 107^\circ).

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