Que estrutura sugere a teoria de ligação de valencia para a molécula Trioxido de enxofre,
e indicar o tipo de hibridação formada nos átomos centrais ( S e P respetivamente)
Passo 1
O enunciado pede duas coisas para cada molécula: (1) qual estrutura a teoria da ligação de valência (Valence Bond, VB) sugere para a molécula e (2) qual é o tipo de hibridação do átomo central. As moléculas dadas são
e
. Não há outras informações no enunciado além das fórmulas moleculares.
Passo 2
Primeiro, vamos revisar, de forma bem tranquila, o que a teoria de ligação de valência e o conceito de hibridação significam — passo a passo, sem pular etapas.
-
O que é ligação de valência (VB) em resumo?
É uma forma de descrever ligações químicas dizendo que cada ligação covalente vem do sobrelapamento entre um orbital de um átomo e um orbital do outro átomo. Os elétrons ligados ocupam esses orbitais formados pelo sobrelapamento. -
O que é hibridação?
Hibridação é uma construção da teoria VB que explica como os orbitais atômicos (por exemplo,, , , , e às vezes ) se combinam para formar novos orbitais híbridos com geometria e direção que facilitam o sobrelapamento para formar ligações. Por exemplo, significa que um orbital e dois orbitais combinaram dando três híbridos equivalentes em plano, separados por . -
Como determinar hibridação na prática (método simples e muito usado em provas):
- Conte o número de regiões de densidade eletrônica ao redor do átomo central — isto é: número de ligações sigma (cada ligação simples conta 1; em ligações múltiplas, conta-se apenas a ligação sigma) mais o número de pares isolados (lone pairs). Esse número é chamado de número estérico.
- Relacione o número estérico com a hibridação:
- Na teoria VB clássica, as ligações sigma vêm do sobrelapamento dos híbridos com orbitais dos ligantes; ligações pi vêm do sobrelapamento lateral de orbitais
não híbridos (se houver).
-
Nota de aviso prático (para a prova): alguns elementos do 3.º período (como
e ) podem formar “octetos expandidos” na descrição tradicional da VB usando orbitais ( , etc.). Muitas vezes essa é a resposta pedida em cursos introdutórios. A teoria moderna traz refinamentos (modelo 3-centro-4-eletrón para hipervalência), mas para a sua prova siga a regra de número estérico → hibridação, a menos que o enunciado peça refinamentos.
Passo 3
Apliquei o método ao
. Primeiro, conto elétrons e regiões de densidade (vou mostrar as contas para você poder reproduzir na prova):
- Contagem de elétrons valência (apenas para insight, não é sempre necessário para a hibridação):
- Agora contar regiões de densidade em torno do enxofre
: na estrutura usual que descrevemos pela teoria VB, o enxofre forma três ligações covalentes com os oxigênios. Cada uma dessas ligações tem uma ligação sigma (mesmo que também exista pi). Não há pares isolados no átomo central na estrutura dominante com ligações duplas simétricas. Então: - Pelo quadro de hibridação:
Passo 4
Explico como a VB descreve as ligações em
de forma intuitiva e passo a passo:
-
Híbridos no enxofre: o
mistura um orbital e dois para formar três híbridos no mesmo plano, separados por . Esses três híbridos do se sobrepõem com orbitais de cada oxigênio para formar três ligações sigma . -
Pi-ligação e ressonância: resta em
um orbital não-hibridizado (perpendicular ao plano). Esse orbital pode fazer sobrelapamento lateral com orbitais dos oxigênios, formando ligações . Como há três oxigênios equivalentes, a descrição mais apropriada na VB (e na representação de ressonância) é que as três ligações têm caráter de ligação dupla parcial (sistema deslocalizado). Uma representação simples é três ligações duplas equivalentes graças à delocalização, o que dá estruturas de ressonância equivalentes. -
Formalidades (cálculo de carga formal em uma estrutura com três duplas):
Para a configuração com três duplas: (Aquié o número total de elétrons nas três ligações duplas metade para é .)
Para cadaduplamente ligado: Assim, a representação com três duplas equivalentes dá cargas formais zero, consistente com a observação de que as ligações são equivalentes e a molécula é neutra. -
Geometria resultante: plano trigonal, ângulos
, todos os equivalentes.
Passo 5
Agora aplico o método ao
.
- Contagem de elétrons valência (apenas para referência):
- Regiões de densidade ao redor de
: no arranjo conhecido, o fósforo liga-se a cinco cloros por cinco ligações simples. Não há pares isolados no átomo central . Portanto: - Pelo quadro de hibridação:
Passo 6
Como a VB descreve as ligações em
— passo a passo e com ideia geométrica:
-
Híbridos no fósforo: o
forma cinco híbridos (mistura de um , três e um ), direcionados para as cinco posições de uma bipirâmide trigonal: três no plano equatorial (separadas por ) e duas nos vértices axiais (acima e abaixo do plano), com ângulos entre axial e equatorial e entre equatoriais. -
Cada híbrido
do sobrepõe com um orbital do cloro para formar uma ligação sigma . Não há pares isolados no , então não há necessidade de ajustar a hibridação por pares livres. -
Cargas formais: na descrição padrão com cinco ligações simples, todos os átomos têm carga formal zero (cada
tem três pares isolados e compartilha um par com , dando carga formal zero). -
Observação prática (para a prova e entendimento): em textos modernos costuma-se dizer que a participação efetiva de orbitais
na ligação é pequena e que as ligações hipervalentes são melhor descritas por modelos como o modelo 3-centro-4-elétron para descrever as ligações axiais mais longas. Mas, novamente, para a teoria VB clássica e para a maioria das provas elementares, dizer é a resposta esperada e aceita.
Passo 7
Resumo final e dicas rápidas para a prova (como amigo te incentivando):
- Sempre conte regiões de densidade (ligações sigma + pares isolados) ao redor do átomo central — esse passo costuma resolver a dúvida sobre hibridação.
- Faça o desenho geométrico (plano trigonal para número estérico 3; bipirâmide trigonal para número estérico 5) e confira se os ângulos batem com o que o seu raciocínio espera.
- Se o enunciado pedir justificativa em termos de ligações
ou ressonância, para mencione a deslocalização e as estruturas de ressonância; para mencione a bipirâmide e a hipótese de hibridação (ou o comentário sobre modelo 3c–4e se pedirem refinamento).