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.
\mathrm{PF}_{5}

Passo 1

O que o enunciado pede:
  • Escrever a estrutura de Lewis de \mathrm{PF}_5.
  • Indicar todas as estruturas de ressonância importantes (se houver).
  • Determinar a geometria do átomo central usando a teoria RPECV.
Informações relevantes fornecidas (implícitas no composto):
  • Fórmula molecular: \mathrm{PF}_5.
  • Elementos envolvidos: fósforo ( \mathrm{P}) e flúor ( \mathrm{F}).

Passo 2

Contagem dos elétrons de valência (passo fundamental para a estrutura de Lewis). Vou mostrar como contar e o porquê de cada número.
  • O fósforo tem 5 elétrons de valência (porque está no grupo 15).
  • Cada flúor tem 7 elétrons de valência (grupo 17).
  • 5 átomos de flúor.
Total de elétrons de valência:
\text{elétrons totais} = 5 + 5\times 7 = 5 + 35 = 40.é
Então temos \,40 elétrons para usar na estrutura de Lewis.

Passo 3

Montagem da estrutura esqueleto (regra prática): o átomo menos eletronegativo (aqui \mathrm{P}) fica no centro e liga-se aos outros átomos por ligações simples inicialmente.
  • Coloco \mathrm{P} no centro e cinco átomos \mathrm{F} ao redor, cada um ligado ao \mathrm{P} por uma ligação simples. Cada ligação simples consome 2 elétrons.
Elétrons usados nas ligações:
\text{elétrons em ligações} = 5 \times 2 = 10.éçõ
Elétrons restantes para distribuir:
40 - 10 = 30.

Passo 4

Distribuição dos elétrons restantes para completar os octetos dos átomos terminais (as regras básicas de Lewis: primeiro satisfaz os octetos dos terminais).
  • Cada \mathrm{F} precisa de um total de 8 elétrons em torno dele (oito no total: a ligação conta com 2). Como cada \mathrm{F} já participa de uma ligação (2 elétrons), precisa de mais 6 elétrons como pares isolados para completar o octeto.
  • Para 5 átomos de \mathrm{F}: 5\times 6 = 30 elétrons, que é exatamente o número de elétrons restantes que tínhamos.
Logo, coloco 3 pares isolados (ou 6 elétrons) em cada \mathrm{F}. Isso usa todos os 40 elétrons.
Resumo da distribuição:
  • Ligações: 5 ligações simples \mathrm{P}-\mathrm{F}.
  • Pares isolados: cada \mathrm{F} tem 3 pares isolados.
  • \mathrm{P} não fica com pares isolados na melhor estrutura prevista.

Passo 5

Verificação de cargas formais (para checar se a estrutura é razoável). Vou ensinar a fórmula e calcular.
Fórmula da carga formal:
\text{carga formal} = (\text{elétrons de valência do átomo}) - (\text{elétrons não ligantes}) - \tfrac{1}{2}(\text{elétrons em ligações}).éêáéãéçõ
  • Para um átomo de \mathrm{F} numa ligação simples (tem 6 elétrons não ligantes e participa de 2 elétrons em ligação):
\text{carga formal}_{\mathrm{F}} = 7 - 6 - \tfrac{1}{2}(2) = 7 - 6 - 1 = 0.
  • Para o \mathrm{P} central (tem 0 elétrons não ligantes e participa de 10 elétrons em ligações, ou seja, 5 ligações):
\text{carga formal}_{\mathrm{P}} = 5 - 0 - \tfrac{1}{2}(10) = 5 - 5 = 0.
Todas as cargas formais são 0, então a estrutura com cinco ligações simples e pares nos fluoretos é consistente e energeticamente favorável.

Passo 6

Comentário sobre o octeto do fósforo (por que \mathrm{P} aparece com 10 elétrons ao seu redor)
  • Na estrutura encontrada, o fósforo está rodeado por 5 pares ligantes (total de 10 elétrons), então o fósforo tem um “octeto expandido”.
  • Regra prática: elementos do terceiro período em diante (como \mathrm{P}, período 3) podem acomodar mais de 8 elétrons formalmente ao redor devido à maior disponibilidade de orbitais e à química desses elementos. Portanto não há problema em \mathrm{P} ter 10 elétrons no modelo de Lewis.
  • Isso é comum em compostos como \mathrm{PF}_5, \mathrm{SF}_6 etc.

Passo 7

RPECV (VSEPR) — como usar a teoria e aplicar ao caso passo a passo
  • Ideia básica da RPECV: os pares eletrônicos da camada de valência ao redor do átomo central (pares ligantes + pares não ligantes) se posicionam de forma a minimizar repulsões. Cada “domínio eletrônico” (uma ligação simples, dupla, tripla conta como um domínio; pares isolados contam como um domínio cada) determina a geometria eletrônica.
  • Passos aplicados:
    1. Contar domínios eletrônicos ao redor do átomo central.
      • Aqui o \mathrm{P} tem 5 ligações simples e 0 pares não ligantes.
      • Portanto o número de domínios eletrônicos é 5.
    2. Consultar a tabela básica de RPECV (resumo):
      • 2 domínios → linear.
      • 3 domínios → trigonal planar.
      • 4 domínios → tetraédrica.
      • 5 domínios → bipirâmide trigonal.
      • 6 domínios → octaédrica.
    3. Para 5 domínios e 0 pares isolados, a geometria eletrônica e molecular é a “bipirâmide trigonal” (em inglês, “trigonal bipyramidal”).

Passo 8

Descrição da geometria obtida e ângulos de ligação (informações úteis para a prova)
  • Geometria do átomo central \mathrm{P}: bipirâmide trigonal.
  • Detalhes geométricos:
    • Há dois positions axiais (opostos entre si) e três posições equatoriais formando um plano triangular.
    • Ângulos típicos: \text{ângulo entre equatoriais} = 120^\circ, \quad \text{ângulo entre axial e equatorial} = 90^\circ, \quad \text{ângulo entre axiais (opostos)} = 180^\circ.âââ
  • No caso de \mathrm{PF}_5 especificamente:
    • Os dois \mathrm{F} axiais costumam ter ligações um pouco mais longas que os três \mathrm{F} equatoriais (devido a maiores repulsões com os três domínios equatoriais).
    • No estado dinâmico (temperatura ambiente), ocorre o mecanismo de pseudorotação de Berry, que torna os cinco \mathrm{F} equivalentes em média (importante conceitualmente, mas a geometria instantânea é bipirâmide trigonal).

Passo 9

Ressonância e conclusão final sobre estruturas alternativas
  • Ressonância: não há estruturas de ressonância relevantes para \mathrm{PF}_5 no sentido clássico (troca de posições de pares eletrônicos entre átomos que leve a múltiplas estruturas com energias comparáveis). A melhor e única estrutura de Lewis importante é a com cinco ligações simples \mathrm{P}-\mathrm{F} e pares isolados nos fluoretos.
  • Conclusão: a estrutura de Lewis é \mathrm{P} central ligado por cinco ligações simples a cinco \mathrm{F}, cada \mathrm{F} com três pares isolados; a geometria do átomo central segundo RPECV é bipirâmide trigonal.

Resposta

Estrutura de Lewis: átomo \mathrm{P} central ligado por cinco ligações simples a cinco átomos \mathrm{F}; cada \mathrm{F} possui 3 pares isolados (total de 40 elétrons de valência distribuídos).
Geometria do átomo central (RPECV): bipirâmide trigonal (trigonal bipyramidal), com ângulos 120^\circ entre equatoriais e 90^\circ entre axial e equatorial.

Exercícios relacionados