Escreva a estrutura de Lewis; Prediga b) o arranjo de elétrons e c) a forma geométrica das moléculas abaixo
(1) \mathrm{AsF}_{5}
(2) \mathrm{PF}_{3}
(3) \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}
(4) \mathrm{ClO}_{2}{ }^{-}
(5) \mathrm{IF}_{4}{ }^{+}
(6) \mathrm{I}_{3}{ }^{-}
(7) \mathrm{SbF}_{5}{ }^{2-}
(8) \mathrm{SF}_{4}
(9) \mathrm{GeH}_{4}
(10) \mathrm{SeO}_{3}{ }^{2-}
(11) \mathrm{ClO}_{3}{ }^{-}

Passo 1

O enunciado pede, para cada uma das espécies listadas, três coisas: a) a estrutura de Lewis; b) o arranjo de elétrons (geometria eletrônica, isto é, como estão dispostos os domínios eletrônicos ao redor do átomo central); c) a forma geométrica (geometria molecular, isto é, a forma observável considerando pares ligantes vs pares isolados). As espécies são:
\mathrm{AsF}_{5}, \mathrm{PF}_{3}, \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}, \mathrm{ClO}_{2}^{-}, \mathrm{IF}_{4}^{+}, \mathrm{I}_{3}^{-}, \mathrm{SbF}_{5}^{2-}, \mathrm{SF}_{4}, \mathrm{GeH}_{4}, \mathrm{SeO}_{3}^{2-}, \mathrm{ClO}_{3}^{-}.
As informações dadas implicam também as cargas formais anotadas nas fórmulas (íons com carga \,{}^{-} ou \,{}^{+}) — essas cargas devem ser consideradas no cálculo dos elétrons disponíves para a estrutura de Lewis.

Passo 2

Antes de montar cada estrutura, vamos rever a receita passo a passo (curta e prática) que eu vou aplicar para todas as moléculas — sem pular etapas:
  1. Contar elétrons de valência totais: some os elétrons de valência de cada átomo e adicione/subtraia elétrons por carga (adicione 1 elétron por carga negativa, subtraia 1 por carga positiva). Sempre escreva esse total como \text{E}_{\text{tot}}.
  2. Montar esqueleto: escolher o átomo central (normalmente o menos eletronegativo, exceto H) e ligar os substituintes por ligações simples inicialmente.
  3. Subtrair os elétrons usados nas ligações simples: cada ligação simples usa 2 elétrons.
  4. Distribuir os elétrons restantes para completar octetos (ou duetos para H) nos átomos externos primeiro, depois no átomo central.
  5. Se o átomo central não tiver octeto, formar ligações múltiplas (duplas/triplas) conforme necessário ou permitir expansão de octeto para elementos do período 3 ou maior (p.ex. \mathrm{As}, \mathrm{S}, \mathrm{I}, \mathrm{Sb}).
  6. Calcular cargas formais para avaliar se a estrutura está razoável; estruturas com cargas formais mais próximas de zero e cargas negativas em átomos mais eletronegativos são geralmente melhores.
  7. Determinar domínios eletrônicos no átomo central: cada ligação (simples, dupla ou tripla) conta como um domínio; cada par isolado também conta como um domínio. O número de domínios dá a geometria eletrônica (mapa rápido):
    • \,2 domínios: linear
    • \,3 domínios: trigonal planar
    • \,4 domínios: tetraédrica
    • \,5 domínios: bipirâmide trigonal
    • \,6 domínios: octaédrica
  8. Determinar a geometria molecular contando apenas os domínios ligados a átomos (pares isolados mudam a forma). Em moléculas com geometria bipiramidal, pares isolados preferem posições equatoriais (menor repulsão).
  9. Anotar a estrutura de Lewis final (ligantes, pares isolados), arranjo de elétrons e forma geométrica.
Ao longo das resoluções abaixo eu aplicarei essa receita e explicarei os cálculos (valores numéricos e raciocínios) passo a passo, para você poder reproduzir na prova.

Passo 3

  1. Elétrons de valência: \mathrm{As} tem \,5 e cada \mathrm{F} tem \,7. Total \text{E}_{\text{tot}} = 5 + 5\cdot 7 = 40.
  2. Esqueleto: \mathrm{As} central ligado a cinco \mathrm{F} por ligações simples. Isso usa 5 ligações \times 2 = 10 elétrons.
  3. Elétrons restantes: 40-10=30. Distribuímos 6 elétrons (três pares) para cada \mathrm{F} — fecha o octeto de cada flúor — isso usa 5\cdot 6=30. Restam 0.
  4. O arsênio fica com 5 pares ligantes e nenhum par isolado. Como arsênio é do período 4 (pode expandir octeto), ter 10 elétrons ao seu redor (5 ligações) é permitido.
  5. Domínios no átomo central: \,5 domínios (cada ligação conta como um domínio). Geometria eletrônica: bipirâmide trigonal.
  6. Sem pares isolados no central ⇒ geometria molecular também bipirâmide trigonal (posições equatoriais e axiais ocupadas por F).
  7. Estrutura de Lewis: As central com cinco ligações simples para F; cada F tem três pares isolados. Sem cargas formais.

Passo 4

  1. Elétrons de valência: \mathrm{P}=5, \mathrm{F}=7 cada; \text{E}_{\text{tot}} = 5 + 3\cdot 7 = 26.
  2. Esqueleto: P central ligado a 3 F por ligações simples (usa 3\cdot 2=6 elétrons).
  3. Restam 26-6=20 elétrons. Distribuímos 6 elétrons para cada F ( 3\cdot 6=18), restando 2 elétrons que ficam como um par isolado no P.
  4. No P: 3 pares ligantes + 1 par isolado = 4 domínios.
  5. Geometria eletrônica: tetraédrica. Geometria molecular: piramidal trigonal (três ligantes e um par isolado).
  6. Estrutura de Lewis: P com três ligações simples para F e um par isolado no P; cada F com três pares isolados.

Passo 5

  1. Elétrons de valência: \mathrm{O}=6, \mathrm{H}=1 cada; \text{E}_{\text{tot}} = 6 + 2\cdot 1 = 8.
  2. Esqueleto: O central ligado a dois H por ligações simples (usa 2\cdot 2=4 elétrons).
  3. Restam 8-4=4 elétrons → ficam como 2 pares isolados no oxigênio.
  4. No O: 2 pares ligantes + 2 pares isolados = 4 domínios → geometria eletrônica tetraédrica.
  5. Geometria molecular: angular (ou dobrada), pois há dois pares isolados que empurram as ligações H–O resultando em ângulo ~ 104{,}5^\circ.
  6. Estrutura de Lewis: O com duas ligações para H e dois pares isolados no O.

Passo 6

  1. Elétrons de valência: \mathrm{Cl}=7, cada \mathrm{O}=6; carga -1 adiciona 1 elétron. \text{E}_{\text{tot}} = 7 + 2\cdot 6 + 1 = 20.
  2. Esqueleto: Cl central ligado a dois O por ligações simples inicialmente (usa 2\cdot 2 = 4 elétrons).
  3. Restam 20-4=16 elétrons. Distribuímos para completar octetos:
    • Colocamos 6 elétrons em O ligado por ligação simples (para completar seu octeto: 3 pares isolados).
    • Colocamos 4 elétrons em O ligado por ligação dupla (2 pares isolados).
    • Os elétrons restantes 16 - (6+4) = 6 são colocados no Cl como pares isolados.
      Observação: esse arranjo corresponde a uma estrutura com um O ligado por ligação simples (com carga formal -1) e o outro O ligado por ligação dupla; há duas estruturas ressonantes onde o duplo/simples se invertem.
  4. Contagem no Cl: 2 ligações (uma simples + uma dupla) → 2 domínios ligados, mais 2 pares isolados no Cl → total de 4 domínios.
  5. Geometria eletrônica: tetraédrica. Geometria molecular: angular (dobrada), por haver 2 pares isolados e 2 ligantes.
  6. Estrutura de Lewis: Cl com um par de estruturas ressonantes (uma ligação double e outra simples), Cl tem dois pares isolados; a carga -1 fica localizada no O ligado por ligação simples em cada estrutura de ressonância.

Passo 7

  1. Elétrons de valência: \mathrm{I}=7, \mathrm{F}=7 cada. Carga +1 remove 1 elétron. \text{E}_{\text{tot}} = 7 + 4\cdot 7 - 1 = 34.
  2. Esqueleto: I central ligado a 4 F por ligações simples → usa 4\cdot 2 = 8 elétrons.
  3. Restam 34-8=26 elétrons. Distribuímos 6 elétrons para cada F ( 4\cdot 6=24), restando 2 elétrons → 1 par isolado no I.
  4. No I: 4 pares ligantes + 1 par isolado = 5 domínios.
  5. Geometria eletrônica: bipirâmide trigonal. Geometria molecular: “see-saw” (bipirâmide com um par isolado em posição equatorial → forma sela/tesoura).
  6. Estrutura de Lewis: I com quatro ligações simples para F e um par isolado no I. Formal charges: todas as F são neutras (FC =0), I carrega a carga formal +1 apropriada ao total.

Passo 8

  1. Elétrons de valência: três I ( 3\cdot 7 = 21) e carga -1 adiciona 1: \text{E}_{\text{tot}} = 22.
  2. Esqueleto: cadeia I–I–I com o I central ligado aos dois terminais por ligações simples inicialmente. Isso usa 2 ligações \times 2 = 4 elétrons.
  3. Restam 22-4=18 elétrons. Colocamos pares isolados nos átomos terminais primeiro: cada I terminal recebe 3 pares (6 elétrons) → 2\cdot 6=12 elétrons. Restam 18-12=6 elétrons → esses vão para o I central como 3 pares isolados.
  4. Verificação do octeto: cada I terminal tem 3 pares isolados + 1 ligação = 8 elétrons. I central tem 3 pares isolados + 2 ligações (cada ligação é um domínio) — seu “conteúdo” eletrônico é 10 elétrons, mas I é do período 5 e pode acomodar mais de 8 se necessário; contudo aqui os pares isolados servem para explicar a geometria.
  5. Domínios no átomo central: 2 domínios ligantes (as duas ligações) + 3 pares isolados = 5 domínios. Geometria eletrônica: bipirâmide trigonal. Como os 3 pares isolados ocupam posições equatoriais, a geometria molecular resultante é linear (os dois átomos I terminais ficam em posições axiais opostas).
  6. Estrutura de Lewis: I central com duas ligações simples e três pares isolados; cada I terminal com três pares isolados. Carga total -1 distribuída como carga formal -1 efetiva do íon (estrutura mostrada como ressonância equivalente colocando carga em terminais).

Passo 9

  1. Elétrons de valência: \mathrm{Sb}=5, \mathrm{F}=7 cada; carga -2 adiciona 2 elétrons. \text{E}_{\text{tot}} = 5 + 5\cdot 7 + 2 = 42.
  2. Esqueleto: Sb central ligado a 5 F (usa 5\cdot 2 = 10 elétrons).
  3. Restam 42-10=32 elétrons. Distribuímos 6 elétrons para cada F ( 5\cdot 6=30), restando 2 elétrons extras que devem ficar como pares isolados em algum lugar. Uma forma óbvia de acomodar a carga -2 é colocar um par isolado adicional em dois dos fluoretos (tornando-os efetivamente \mathrm{F}^{-} formais) — isto corresponde a dois F carregando carga formal -1 cada um. Outra maneira equivalente é ver que, na prática, o ion carrega carga -2 distribuída nos ligantes; o Sb pode permanecer com 5 ligações simples e sem pares isolados.
  4. No Sb: 5 domínios ligantes e 0 pares isolados → geometria eletrônica bipirâmide trigonal; geometria molecular também bipirâmide trigonal.
  5. Estrutura de Lewis: Sb central com cinco ligações simples para F; para acomodar a carga total -2 duas das F podem apresentar formalmente um par isolado extra cada uma (formalmente \mathrm{F}^{-}), mas a estrutura principal tem Sb com cinco ligações. (Resumo: arranjo eletrônico/bonding ao redor de Sb é de 5 domínios → bipirâmide trigonal.)
Nota didática curta: aqui a carga adicional fica melhor distribuída nos ligantes (F é muito eletronegativo), por isso é razoável que os elétrons extras fiquem nos F.

Passo 10

  1. Elétrons de valência: \mathrm{S}=6, \mathrm{F}=7 cada → \text{E}_{\text{tot}} = 6 + 4\cdot 7 = 34.
  2. Esqueleto: S ligado a 4 F por ligações simples → usa 4\cdot 2=8 elétrons.
  3. Restam 34-8=26 elétrons. Distribuímos 6 elétrons para cada F ( 4\cdot 6 = 24), restando 2 elétrons → 1 par isolado no S.
  4. No S: 4 pares ligantes + 1 par isolado = 5 domínios → geometria eletrônica bipirâmide trigonal.
  5. Geometria molecular: “see-saw” (sela/tesoura) porque o par isolado ocupa posição equatorial e deixa dois ligantes equatoriais e dois axiais, resultando numa geometria assimétrica (ângulos diferentes entre ligantes equatoriais e axiais).
  6. Estrutura de Lewis: S ligado a 4 F com um par isolado no S; F com três pares isolados cada.

Passo 11

  1. Elétrons de valência: \mathrm{Ge}=4, \mathrm{H}=1 cada → \text{E}_{\text{tot}} = 4 + 4\cdot 1 = 8.
  2. Esqueleto: Ge ligado a 4 H por ligações simples → usa 4\cdot 2=8 elétrons.
  3. Restam 0 elétrons. Ge tem 4 pares ligantes e nenhum par isolado.
  4. Domínios: 4 → geometria eletrônica tetraédrica; geometria molecular tetraédrica.
  5. Estrutura de Lewis: Ge central com quatro ligações simples para H; H completa o dueto (2 elétrons).

Passo 12

  1. Elétrons de valência: \mathrm{Se}=6, \mathrm{O}=6 cada; carga -2 adiciona 2. \text{E}_{\text{tot}} = 6 + 3\cdot 6 + 2 = 26.
  2. Esqueleto: Se central ligado a 3 O por ligações simples inicialmente → usa 3\cdot 2 = 6 elétrons.
  3. Restam 26-6=20 elétrons. Distribuímos para completar octetos: se fizermos três ligações simples, cada O teria 3 pares isolados (18 elétrons), sobrando 2 elétrons para Se (1 par isolado). Entretanto, como em \mathrm{SO_{3}^{2-}} (o íon sulfito), a representação mais realista é ter uma das ligações como dupla e duas como simples com ressonância entre as O. Isso produz:
    • Se com 1 par isolado e 3 domínios ligantes.
    • Dois O com ligação simples e carga formal -1 cada; um O com ligação dupla e carga formal 0.
  4. Domínios no Se: 3 ligações + 1 par isolado = 4 domínios → geometria eletrônica tetraédrica.
  5. Geometria molecular: piramidal trigonal (análoga ao íon sulfito \mathrm{SO_{3}^{2-}}).
  6. Estrutura de Lewis: Se com um par isolado e três O ao redor (duas ligações simples e uma dupla em estruturas ressonantes), carga total -2.

Passo 13

  1. Elétrons de valência: \mathrm{Cl}=7, \mathrm{O}=6 cada; carga -1 adiciona 1. \text{E}_{\text{tot}} = 7 + 3\cdot 6 + 1 = 26.
  2. Esqueleto: Cl central ligado a 3 O por ligações simples inicialmente → usa 3\cdot 2=6 elétrons.
  3. Restam 26-6=20 elétrons. Distribuindo, a estrutura típica do íon clorato é com uma ligação dupla e duas simples (ressonância entre os três O), e um par isolado no Cl. Isso produz formalmente Cl com carga +1 e duas O com -1 cada (total -1).
  4. No átomo central Cl: 3 ligantes + 1 par isolado = 4 domínios → geometria eletrônica tetraédrica.
  5. Geometria molecular: piramidal trigonal (três oxigênios ligados e um par isolado).
  6. Estrutura de Lewis: Cl com um par isolado e três O em arranjo de ressonância (uma ligação dupla e duas simples repartidas entre os O).

Resposta

(1) \mathrm{AsF}_{5}: Estrutura de Lewis — As central com cinco ligações simples para F (cada F com 3 pares isolados); Arranjo de elétrons — 5 domínios; Forma geométrica — bipirâmide trigonal.
(2) \mathrm{PF}_{3}: Estrutura de Lewis — P central ligado a 3 F e com 1 par isolado; Arranjo de elétrons — 4 domínios; Forma geométrica — piramidal trigonal.
(3) \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}: Estrutura de Lewis — O com duas ligações para H e dois pares isolados; Arranjo de elétrons — 4 domínios; Forma geométrica — angular (dobrada).
(4) \mathrm{ClO}_{2}^{-}: Estrutura de Lewis — Cl central com duas O (estruturas ressonantes: uma dupla + uma simples), Cl tem 2 pares isolados; Arranjo de elétrons — 4 domínios; Forma geométrica — angular (dobrada).
(5) \mathrm{IF}_{4}^{+}: Estrutura de Lewis — I central ligado a 4 F e com 1 par isolado; Arranjo de elétrons — 5 domínios; Forma geométrica — see-saw (sela / tesoura).
(6) \mathrm{I}_{3}^{-}: Estrutura de Lewis — I central com duas ligações simples para I terminais e três pares isolados no central (cada terminal com 3 pares isolados); Arranjo de elétrons — 5 domínios no central; Forma geométrica — linear.
(7) \mathrm{SbF}_{5}^{2-}: Estrutura de Lewis — Sb central com cinco ligações simples para F (elétrons extras distribuídos nos F conforme carga total -2); Arranjo de elétrons — 5 domínios; Forma geométrica — bipirâmide trigonal.
(8) \mathrm{SF}_{4}: Estrutura de Lewis — S central ligado a 4 F e com 1 par isolado; Arranjo de elétrons — 5 domínios; Forma geométrica — see-saw (sela / tesoura).
(9) \mathrm{GeH}_{4}: Estrutura de Lewis — Ge central com quatro ligações simples para H; Arranjo de elétrons — 4 domínios; Forma geométrica — tetraédrica.
(10) \mathrm{SeO}_{3}^{2-}: Estrutura de Lewis — Se com um par isolado e três O (representação com uma dupla e duas simples em ressonância); Arranjo de elétrons — 4 domínios; Forma geométrica — piramidal trigonal.
(11) \mathrm{ClO}_{3}^{-}: Estrutura de Lewis — Cl com um par isolado e três O (ressonância com uma dupla e duas simples); Arranjo de elétrons — 4 domínios; Forma geométrica — piramidal trigonal.

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