Escreva a estrutura de Lewis; Prediga b) o arranjo de elétrons e c) a forma geométrica das moléculas abaixo
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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:
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
.
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.
As informações dadas implicam também as cargas formais anotadas nas fórmulas (íons com carga
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:
- Contar elétrons de valência totais: some os elétrons de valência de cada átomo e adicione/subtraia elétrons por carga (adicione
elétron por carga negativa, subtraia por carga positiva). Sempre escreva esse total como . - Montar esqueleto: escolher o átomo central (normalmente o menos eletronegativo, exceto H) e ligar os substituintes por ligações simples inicialmente.
- Subtrair os elétrons usados nas ligações simples: cada ligação simples usa
elétrons. - Distribuir os elétrons restantes para completar octetos (ou duetos para H) nos átomos externos primeiro, depois no átomo central.
- Se o átomo central não tiver octeto, formar ligações múltiplas (duplas/triplas) conforme necessário ou permitir expansão de octeto para elementos do período
ou maior (p.ex. ). - 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.
- 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):
-
domínios: linear -
domínios: trigonal planar -
domínios: tetraédrica -
domínios: bipirâmide trigonal -
domínios: octaédrica
-
- 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).
- 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
- Elétrons de valência:
tem e cada tem . Total . - Esqueleto:
central ligado a cinco por ligações simples. Isso usa ligações elétrons. - Elétrons restantes:
. Distribuímos elétrons (três pares) para cada — fecha o octeto de cada flúor — isso usa . Restam . - O arsênio fica com
pares ligantes e nenhum par isolado. Como arsênio é do período (pode expandir octeto), ter 10 elétrons ao seu redor (5 ligações) é permitido. - Domínios no átomo central:
domínios (cada ligação conta como um domínio). Geometria eletrônica: bipirâmide trigonal. - Sem pares isolados no central ⇒ geometria molecular também bipirâmide trigonal (posições equatoriais e axiais ocupadas por F).
- Estrutura de Lewis: As central com cinco ligações simples para F; cada F tem três pares isolados. Sem cargas formais.
Passo 4
- Elétrons de valência:
, cada; . - Esqueleto: P central ligado a
F por ligações simples (usa elétrons). - Restam
elétrons. Distribuímos elétrons para cada F ( ), restando elétrons que ficam como um par isolado no P. - No P:
pares ligantes + par isolado = domínios. - Geometria eletrônica: tetraédrica. Geometria molecular: piramidal trigonal (três ligantes e um par isolado).
- Estrutura de Lewis: P com três ligações simples para F e um par isolado no P; cada F com três pares isolados.
Passo 5
- Elétrons de valência:
, cada; . - Esqueleto: O central ligado a dois H por ligações simples (usa
elétrons). - Restam
elétrons → ficam como pares isolados no oxigênio. - No O:
pares ligantes + pares isolados = domínios → geometria eletrônica tetraédrica. - Geometria molecular: angular (ou dobrada), pois há dois pares isolados que empurram as ligações H–O resultando em ângulo ~
. - Estrutura de Lewis: O com duas ligações para H e dois pares isolados no O.
Passo 6
- Elétrons de valência:
, cada ; carga adiciona elétron. . - Esqueleto: Cl central ligado a dois O por ligações simples inicialmente (usa
elétrons). - Restam
elétrons. Distribuímos para completar octetos: - Colocamos
elétrons em O ligado por ligação simples (para completar seu octeto: 3 pares isolados). - Colocamos
elétrons em O ligado por ligação dupla (2 pares isolados). - Os elétrons restantes
são colocados no Cl como pares isolados.
Observação: esse arranjo corresponde a uma estrutura com um O ligado por ligação simples (com carga formal) e o outro O ligado por ligação dupla; há duas estruturas ressonantes onde o duplo/simples se invertem.
- Colocamos
- Contagem no Cl:
ligações (uma simples + uma dupla) → domínios ligados, mais pares isolados no Cl → total de domínios. - Geometria eletrônica: tetraédrica. Geometria molecular: angular (dobrada), por haver
pares isolados e ligantes. - Estrutura de Lewis: Cl com um par de estruturas ressonantes (uma ligação double e outra simples), Cl tem dois pares isolados; a carga
fica localizada no O ligado por ligação simples em cada estrutura de ressonância.
Passo 7
- Elétrons de valência:
, cada. Carga remove elétron. . - Esqueleto: I central ligado a
F por ligações simples → usa elétrons. - Restam
elétrons. Distribuímos elétrons para cada F ( ), restando elétrons → par isolado no I. - No I:
pares ligantes + par isolado = domínios. - Geometria eletrônica: bipirâmide trigonal. Geometria molecular: “see-saw” (bipirâmide com um par isolado em posição equatorial → forma sela/tesoura).
- Estrutura de Lewis: I com quatro ligações simples para F e um par isolado no I. Formal charges: todas as F são neutras (FC
), I carrega a carga formal apropriada ao total.
Passo 8
- Elétrons de valência: três I (
) e carga adiciona : . - Esqueleto: cadeia I–I–I com o I central ligado aos dois terminais por ligações simples inicialmente. Isso usa
ligações elétrons. - Restam
elétrons. Colocamos pares isolados nos átomos terminais primeiro: cada I terminal recebe pares (6 elétrons) → elétrons. Restam elétrons → esses vão para o I central como pares isolados. - 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
e pode acomodar mais de 8 se necessário; contudo aqui os pares isolados servem para explicar a geometria. - Domínios no átomo central:
domínios ligantes (as duas ligações) + pares isolados = domínios. Geometria eletrônica: bipirâmide trigonal. Como os pares isolados ocupam posições equatoriais, a geometria molecular resultante é linear (os dois átomos I terminais ficam em posições axiais opostas). - Estrutura de Lewis: I central com duas ligações simples e três pares isolados; cada I terminal com três pares isolados. Carga total
distribuída como carga formal efetiva do íon (estrutura mostrada como ressonância equivalente colocando carga em terminais).
Passo 9
- Elétrons de valência:
, cada; carga adiciona elétrons. . - Esqueleto: Sb central ligado a
F (usa elétrons). - Restam
elétrons. Distribuímos elétrons para cada F ( ), restando elétrons extras que devem ficar como pares isolados em algum lugar. Uma forma óbvia de acomodar a carga é colocar um par isolado adicional em dois dos fluoretos (tornando-os efetivamente formais) — isto corresponde a dois F carregando carga formal cada um. Outra maneira equivalente é ver que, na prática, o ion carrega carga distribuída nos ligantes; o Sb pode permanecer com 5 ligações simples e sem pares isolados. - No Sb:
domínios ligantes e pares isolados → geometria eletrônica bipirâmide trigonal; geometria molecular também bipirâmide trigonal. - Estrutura de Lewis: Sb central com cinco ligações simples para F; para acomodar a carga total
duas das F podem apresentar formalmente um par isolado extra cada uma (formalmente ), mas a estrutura principal tem Sb com cinco ligações. (Resumo: arranjo eletrônico/bonding ao redor de Sb é de 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
- Elétrons de valência:
, cada → . - Esqueleto: S ligado a
F por ligações simples → usa elétrons. - Restam
elétrons. Distribuímos elétrons para cada F ( ), restando elétrons → par isolado no S. - No S:
pares ligantes + par isolado = domínios → geometria eletrônica bipirâmide trigonal. - 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).
- Estrutura de Lewis: S ligado a 4 F com um par isolado no S; F com três pares isolados cada.
Passo 11
- Elétrons de valência:
, cada → . - Esqueleto: Ge ligado a
H por ligações simples → usa elétrons. - Restam
elétrons. Ge tem pares ligantes e nenhum par isolado. - Domínios:
→ geometria eletrônica tetraédrica; geometria molecular tetraédrica. - Estrutura de Lewis: Ge central com quatro ligações simples para H; H completa o dueto (2 elétrons).
Passo 12
- Elétrons de valência:
, cada; carga adiciona . . - Esqueleto: Se central ligado a
O por ligações simples inicialmente → usa elétrons. - Restam
elétrons. Distribuímos para completar octetos: se fizermos três ligações simples, cada O teria 3 pares isolados (18 elétrons), sobrando elétrons para Se (1 par isolado). Entretanto, como em (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
par isolado e domínios ligantes. - Dois O com ligação simples e carga formal
cada; um O com ligação dupla e carga formal .
- Se com
- Domínios no Se:
ligações + par isolado = domínios → geometria eletrônica tetraédrica. - Geometria molecular: piramidal trigonal (análoga ao íon sulfito
). - Estrutura de Lewis: Se com um par isolado e três O ao redor (duas ligações simples e uma dupla em estruturas ressonantes), carga total
.
Passo 13
- Elétrons de valência:
, cada; carga adiciona . . - Esqueleto: Cl central ligado a
O por ligações simples inicialmente → usa elétrons. - Restam
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 e duas O com cada (total ). - No átomo central Cl:
ligantes + par isolado = domínios → geometria eletrônica tetraédrica. - Geometria molecular: piramidal trigonal (três oxigênios ligados e um par isolado).
- 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)
: 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)
: Estrutura de Lewis — P central ligado a 3 F e com 1 par isolado; Arranjo de elétrons — 4 domínios; Forma geométrica — piramidal trigonal.
(3)
: Estrutura de Lewis — O com duas ligações para H e dois pares isolados; Arranjo de elétrons — 4 domínios; Forma geométrica — angular (dobrada).
(4)
: 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)
: 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)
: 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)
: Estrutura de Lewis — Sb central com cinco ligações simples para F (elétrons extras distribuídos nos F conforme carga total
); Arranjo de elétrons — 5 domínios; Forma geométrica — bipirâmide trigonal.
(8)
: 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)
: Estrutura de Lewis — Ge central com quatro ligações simples para H; Arranjo de elétrons — 4 domínios; Forma geométrica — tetraédrica.
(10)
: 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)
: 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.