Escreva a estrutura de Lewis das seguintes espécies e dê o nome do arranjo eletrônico e o nome da geometria molecular para cada uma
\mathrm{ClF}_{4}{ }^{+}

Passo 1

O enunciado pede duas coisas para a espécie \mathrm{ClF}_{4}^{+}:
  • Fazer a estrutura de Lewis (mostrar como os elétrons estão distribuídos em ligações e pares isolados).
  • Dar o nome do arranjo eletrônico (geometria dos pares eletrônicos) e o nome da geometria molecular (disposição dos átomos).
Informações dadas (apenas a fórmula da espécie):
  • Espécie: \mathrm{ClF}_{4}^{+}.

Passo 2

Contagem de elétrons de valência (etapa fundamental para montar a estrutura de Lewis).
  • Cloro tem 7 elétrons de valência.
  • Cada flúor tem 7 elétrons de valência; são 4 flúor: 4\times7=28.
  • Soma sem carga: 7+28=35.
  • A carga positiva +\!1 significa que faltou 1 elétron: subtrai-se 1.
    Portanto o total de elétrons de valência disponíveis é
35-1=34\\ \text{elétrons}.é
Isso equivale a 17 pares de elétrons.

Passo 3

Montagem inicial (ligando átomos e preenchendo octetos dos ligantes).
  • Coloca-se o átomo menos eletronegativo como central: aqui é o cloro ( \mathrm{Cl}); os quatro \mathrm{F} ficam ao redor.
  • Liga-se cada \mathrm{F} ao \mathrm{Cl} por uma ligação simples. Essas 4 ligações consomem
4\times 2 = 8\\ \text{elétrons}.é
  • Para que cada \mathrm{F} complete seu octeto, cada flúor precisa de mais 6 elétrons (três pares), totalizando para os 4 flúor:
4\times 6 = 24\\ \text{elétrons}.é
  • Já usados: 8+24=32 elétrons. Como tínhado tínhamos 34 elétrons, sobram
34-32=2\\ \text{elétrons},é
ou seja, 1 par de elétrons que ficará no átomo central ( \mathrm{Cl}).

Passo 4

Construção final da estrutura de Lewis e verificação dos octetos.
  • Resultado: \mathrm{Cl} ligado por quatro ligações simples a quatro \mathrm{F}; cada \mathrm{F} tem três pares isolados; \mathrm{Cl} tem um par isolado.
  • Verificação de octeto:
    • Cada \mathrm{F} tem 1 ligação (2 e-) + 6 elétrons em pares isolados = 8 elétrons — octeto satisfeito.
    • \mathrm{Cl} tem 4 ligações (8 elétrons compartilhados) + 1 par isolado (2 elétrons) ao seu redor contando para sua contagem local = teoricamente 10 elétrons (hipervalência — permitido para halogênios centrais, já que elementos do terceiro período podem expandir o octeto). A distribuição resulta em carga formal sobre Cl igual a +1 (ver cálculo abaixo), compatível com a carga do íon.
  • Cálculo rápido da carga formal no \mathrm{Cl}:
    • Número de elétrons de valência do \mathrm{Cl} isolado: 7.
    • Elétrons atribuídos na estrutura (pares não compartilhados + metade dos elétrons de ligação): 2 (par isolado) + 4 (metade das 4 ligações) =6.
    • Carga formal: 7-6=+1. Isso confirma que o cátion positivo localiza-se no \mathrm{Cl}, consistente com a fórmula \mathrm{ClF}_{4}^{+}.

Passo 5

Determinar o arranjo eletrônico (VSEPR) a partir do número de “domínios” eletrônicos.
  • Domínios ao redor do \mathrm{Cl}: cada ligação simples conta como 1 domínio e cada par isolado conta como 1 domínio.
  • Aqui há 4 domínios de ligação + 1 par isolado = 5 domínios eletrônicos.
  • A disposição que minimiza repulsões para 5 domínios é a geometria de uma \emph{bipirâmide trigonal} (em inglês: trigonal bipyramidal).
    Portanto o arranjo eletrônico (geometria dos pares eletrônicos) é \text{bipirâmide trigonal}â (ou \text{trigonal bipyramidal}).

Passo 6

Determinar a geometria molecular (posição real dos átomos observáveis).
  • Em uma bipirâmide trigonal com um par isolado (situação \text{AX}_4\text{E}), o par isolado prefere ocupar uma posição equatorial porque lá tem menos repulsão (tem apenas duas interações de 90^\circ com átomos, em vez de três se estivesse axial).
  • Com o par isolado em posição equatorial, os quatro átomos de flúor ocupam as duas posições axiais e as duas posições equatoriais restantes formando uma figura chamada “seesaw” em inglês.
  • O nome usual em português para \text{AX}_4\text{E} é geometria molecular “serra” ou mais formalmente “bipirâmide trigonal distorcida (seesaw)”. Em terminologia padrão VSEPR: \text{seesaw} (às vezes traduzido como “serra” ou “balancim”).
  • Portanto, a geometria molecular (dos átomos) é \text{seesaw} / “bipirâmide trigonal distorcida”.

Passo 7

Resumo da estrutura de Lewis (descrição clara para desenhar na prova).
  • Desenhe \mathrm{Cl} no centro.
  • Ligue quatro \mathrm{F} ao \mathrm{Cl} por ligações simples.
  • Coloque três pares isolados em cada \mathrm{F}.
  • Coloque um par isolado no \mathrm{Cl}.
  • Indique formalmente carga +\!1 sobre o \mathrm{Cl} (ou sobre toda a espécie).
    Esse desenho corresponde exatamente à distribuição contada nos passos anteriores.

Resposta

Arranjo eletrônico: \text{bipirâmide trigonal}â
Geometria molecular: \text{seesaw} (bipirâmide trigonal distorcida)

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