Escreva uma fórmula tridimensional para cada uma das seguintes moléculas, utilizando o formalismo de cunha cheia e cunha tracejada. Indique os elétrons desemparelhados dos átomos correspondentes (exceto He C ). Se a molécula tiver um momento de dipolo resultante, indique seu sentido com uma seta. Se a molécula não tiver um momento de dipolo resultante, você deve indicar esse fato. (Ignore a pequena polaridade das ligações C-H ao resolver esse e outros problemas semelhantes.)
Passo 1
O enunciado pede: para a molécula
eu devo (1) escrever uma fórmula tridimensional usando o formalismo de cunha cheia (saindo do plano) e cunha tracejada (entrando no plano); (2) indicar os elétrons desemparelhados dos átomos correspondentes (exceto He e C); (3) indicar o sentido do momento dipolar resultante se houver, ou afirmar que não há momento dipolar resultante. As informações dadas são somente a identidade da molécula:
.
Passo 2
Contagem de elétrons de valência (passo essencial para a estrutura de Lewis). Vou contar elétrons de valência de cada átomo e somar:
- Carbono:
tem elétrons de valência. - Flúor: cada
tem elétrons de valência; há átomos de , então .
Total de elétrons de valência =elétrons.
Explicação rápida do porquê: somamos os elétrons dos átomos para saber quantos elétrons temos para distribuir em ligações e pares não ligantes na estrutura de Lewis.
Passo 3
Montagem da estrutura de Lewis básica:
- Carbono é o átomo central (porque é menos eletronegativo que
e forma várias ligações). - Ligue o
a cada por uma ligação simples. Isso usa ligações, cada ligação simples consome elétrons, então elétrons foram usados nas ligações. - Restam
elétrons para colocar como pares não ligantes nos . - Cada
precisa de elétrons (regra do octeto). Cada já tem elétrons na ligação com o , então precisa de mais elétrons (= três pares) como pares não ligantes. Para átomos de isso é elétrons, exatamente os que sobraram. - Carbono, tendo feito
ligações simples, tem o octeto completo (8 elétrons ao considerar os pares de ligação); não sobra par não ligante no . - Portanto a estrutura de Lewis é
no centro ligado simples a quatro , cada com três pares de elétrons não ligantes.
Formalmente, as cargas formais ficam todas em zero:e .
Passo 4
Determinação da geometria molecular (VSEPR) e ângulos:
- Temos
pares de ligação ao redor do e pares isolados. Pelo modelo VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion), quatro regiões de densidade eletrônica ao redor do átomo central se posicionam tão distantes quanto possível em uma geometria tetraédrica. - Geometria de
em : tetraédrica, com ângulos de ligação aproximados de .
Explicação didática do VSEPR: pares eletrônicos (ligações ou pares isolados) se repelem; para minimizar repulsão, ocupam vértices de um tetraedro quando são quatro. É por isso que moléculas como, e são tetraédricas.
Passo 5
Como representar tridimensionalmente com cunha cheia e cunha tracejada:
-
Convenção:
- linha contínua (—) = ligação no plano da página;
- cunha cheia (▴ ou um triângulo sólido) = ligação saindo do plano em direção ao observador;
- cunha tracejada (— — — ou triângulos vazados) = ligação entrando no plano, para trás do plano da página.
-
Para um tetraedro típico desenhamos: duas ligações no plano da página (por exemplo, para a esquerda e para a direita), uma cunha cheia para um substituinte (sai do plano, para cima/para frente) e uma cunha tracejada para o outro substituinte (entra no plano, para baixo/para trás).
-
Aplicando isso a
: escolha uma convenção de desenho e coloque um em cada vértice tetraédrico. Vou descrever o desenho que você pode copiar no caderno: - Desenho esquemático (texto): coloque
no centro. Faça duas ligações horizontais no plano para dois : . Faça uma cunha cheia do para um (saindo do plano, em direção ao observador). Faça uma cunha tracejada do para o último (entrando no plano, afastando-se do observador).
- Desenho esquemático (texto): coloque
-
Indicação dos pares de elétrons nos flúors: cada
tem três pares não ligantes; escreva ao lado de cada símbolo três pares de pontos (ou três pares de linhas) para representar esses pares. -
Indicação de elétrons desemparelhados: em
não há elétrons desemparelhados em nenhum átomo (cada tem todos os seus elétrons emparelhados como pares não ligantes, e o tem seus elétrons de ligação emparelhados).
Passo 6
Momento dipolar resultante:
- Cada ligação
é polar (porque é muito mais eletronegativo que ), então existe um vetor dipolo da ligação apontando do para cada . - No entanto, pela geometria tetraédrica totalmente simétrica, os quatro vetores dipolo das ligações se cancelam vetorialmente. Resultado: momento dipolar líquido = vetor nulo.
- Conclusão:
é apolar (não tem momento dipolar resultante).
Passo 7
Resumo prático do que desenhar e anotar (passo a passo para desenhar no caderno na hora da prova):
- Escreva
no centro. - Desenhe duas ligações simples horizontais para
(essas ficam no plano da página): . - Desenhe uma cunha cheia (triângulo sólido) partindo do
para um (este substituinte aparece como mais “próximo” ao observador). - Desenhe uma cunha tracejada para o quarto
(este aparece “atrás” do plano). - Ao lado de cada
desenhe três pares de pontos para indicar os três pares de elétrons não ligantes. - Escreva ao lado: “elétrons desemparelhados: nenhum” e “momento dipolar resultante: zero (molécula apolar)”.
Dica rápida para a prova: não desenhe mais pares no(não existem), e cheque a contagem total de elétrons (32) se estiver em dúvida.
Resposta
Desenho tridimensional (descrição para reproduzir no caderno): duas ligações no plano da página
, uma ligação com cunha cheia do
para um
(saindo do plano) e uma ligação com cunha tracejada do
para o outro
(entrando no plano). Cada
tem três pares não ligantes. Não há elétrons desemparelhados. Momento dipolar resultante = 0 (molécula apolar).