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
: (a) uma fórmula tridimensional usando o formalismo de cunha cheia (solid wedge) e cunha tracejada (dashed wedge); (b) indicar os elétrons desemparelhados de cada átomo (exceto He e C); (c) indicar, se houver, o sentido do momento de dipolo resultante — ou senão afirmar que não há momento de dipolo. Informação dada: a fórmula molecular é
(um carbono ligado a dois hidrogênios, um flúor e um cloro). Nada mais foi fornecido, então assumimos a conectividade usual com o carbono central ligado a H, H, F e Cl.
Passo 2
Identificar o átomo central e contar domínios eletrônicos (VSEPR) — explicação didática passo a passo:
- O átomo central é o átomo de
. - Cada ligação simples
X é um domínio de ligação. Em há quatro ligações simples ao carbono: duas , uma e uma . - Portanto o carbono tem quatro domínios de ligação (quatro pares ligantes). Pelo modelo VSEPR, quatro domínios ao redor do átomo central adotam uma geometria tetraédrica para minimizar repulsões, com ângulos ideais de aproximadamente
. - Conclusão: a geometria ao redor do
é tetraédrica. Em desenho 2D aplicamos cunha cheia / tracejada para mostrar a posição das ligações no espaço: uma ligação sai para frente (cunha cheia), outra vai para trás (cunha tracejada) e as demais ficam no plano da folha (linhas retas).
Pequena nota conceito: VSEPR = Valence Shell Electron Pair Repulsion; ideia simples: pares de elétrons (ligantes ou não) ao redor de um átomo se organizam para ficarem o mais distantes possível.
Passo 3
Escolher uma convenção de desenho (isso é arbitrário mas comum): vou colocar o
numa cunha cheia (saindo para o observador), o
numa cunha tracejada (indo para trás), e as duas ligações
no plano da página (linhas retas, uma à esquerda e outra à direita). Essa escolha é prática e típica para mostrar claramente as quatro posições tetraédricas.
Como lembrar onde fica cada coisa na prova: desenhe o carbono no centro; escolha uma ligação saindo (cunha cheia) e uma entrando (cunha tracejada); distribuia as demais no plano. Não há “posição certa” absoluta — o importante é que a geometria mostre a tetraedralidade.
Passo 4
Indicar elétrons desemparelhados e pares não ligantes:
- Cada ligação C–H, C–F, C–Cl é covalente simples: os elétrons do par ligante estão emparelhados.
- O carbono está formando quatro ligações (sua configuração eletrônica alcança octeto): não há elétrons desemparelhados no carbono ligado.
- Os hidrogênios têm cada um um único elétron emparelhado na ligação; não há elétrons desemparelhados soltos neles.
- O flúor e o cloro, enquanto átomos ligados por ligação simples, mantêm seus pares não ligantes: cada halogênio (F e Cl) tem três pares de elétrons não ligantes (três pares de elétrons isolados). Esses pares são todos emparelhados — portanto não há elétrons desemparelhados em F nem em Cl.
- Conclusão: não há elétrons desemparelhados em nenhum átomo da molécula
.
Didática rápida: “elétrons desemparelhados” seriam elétrons soltos (radicais); aqui todos os átomos estão satisfeitos com pares ligados ou pares não ligantes emparelhados.
Passo 5
Determinar o momento dipolar resultante — explicação didática e qualitativa:
- Cada ligação polar tem um vetor dipolo apontando do átomo menos eletronegativo para o mais eletronegativo (vetor aponta na direção do átomo que atrai mais os elétrons).
- Importante: a instrução pede que ignoremos a pequena polaridade C–H, então consideramos
praticamente apolar (vetores desprezíveis). - Eletronegatividades qualitativas:
é muito mais eletronegativo que ; também é mais eletronegativo que mas menos que . Assim: - o vetor dipolo da ligação
aponta de para e é relativamente grande; - o vetor dipolo da ligação
também aponta de para , porém é menor em magnitude que o de ; - os dois vetores C–H são desprezíveis.
- o vetor dipolo da ligação
- Na geometria tetraédrica, os vetores
e não são colineares e não se cancelam. Como é maior, a soma vetorial aponta globalmente na direção aproximada do . - Conclusão: a molécula tem um momento dipolar resultante não nulo; o sentido do dipolo é do carbono (região relativamente positiva) para o flúor (região negativa), ou seja, apontando em direção ao
.
Dica prática para prova: se há dois substituintes de eletronegatividade diferente numa geometria tetraédrica e os outros são apolares (ou iguais), o vetor resultante aponta para o mais eletronegativo.
Passo 6
Desenho final em cunha cheia / cunha tracejada (descrição e legenda). Vou descrever a fórmula 3D com precisão: centro
, duas ligações C–H no plano da página (linhas retas),
como cunha cheia (saindo para o observador),
como cunha tracejada (indo para trás). Indico também que
e
têm três pares solitários cada (não desenhados aqui como pontos, mas estão presentes). Indico que não há elétrons desemparelhados. Indico a direção do momento dipolar com uma seta apontando para
.
Representação textual compacta (use esta como figura mental ao desenhar à mão na prova):
- Plano da folha:
— — - Cunha cheia (saindo):
— (interprete como uma cunha cheia dirigindo-se ao observador para o átomo ) - Cunha tracejada (entrando):
— (interprete como ligações tracejadas indo para trás até ) - Momento dipolar resultante: seta apontando do centro em direção a
- Elétrons desemparelhados: nenhum
Resposta
F (cunha cheia saindo para o observador); Cl (cunha tracejada indo para trás); duas H no plano da folha ligadas ao C.
Sem elétrons desemparelhados em nenhum átomo.
Momento dipolar resultante diferente de zero, apontando aproximadamente na direção do (do
para o
).
Sem elétrons desemparelhados em nenhum átomo.
Momento dipolar resultante diferente de zero, apontando aproximadamente na direção do