Dê as estruturas de Lewis e a geometria molecular de cada substância a seguir, propoando uma ordem de polaridade
e
.
Passo 1
O que o enunciado pede e o que temos de informações:
- Pede para cada substância: (a) a estrutura de Lewis; (b) a geometria molecular; e (c) propor uma ordem de polaridade entre
, e . - Não há dados numéricos adicionais; trabalhar com regras gerais de valência, VSEPR e diferenças de eletronegatividade.
- Vou, para cada molécula, (i) contar elétrons de valência, (ii) montar a estrutura de Lewis com pares ligantes e pares não-ligantes, (iii) checar as cargas formais, (iv) aplicar VSEPR para obter a geometria, e (v) avaliar polaridade por diferença de eletronegatividade e simetria (soma vetorial dos dipolos).
Passo 2
Como montar a estrutura de Lewis (relembrando o procedimento) — passo-a-passo geral:
- Primeiro conte os elétrons de valência de cada átomo e some. Esses são os elétrons a colocar em pares ao redor da molécula.
- Coloque o átomo menos eletronegativo no centro (exceto H, que sempre é terminal).
- Faça ligações simples (cada ligação = 2 elétrons) entre o central e os terminais; subtraia esses elétrons do total.
- Complete os octetos (ou duetos para H) ao redor dos átomos terminais com pares não-ligantes.
- Se algum átomo central não tiver octeto, forme ligações múltiplas (duplas/triplas) conforme necessário.
- Calcule cargas formais para verificar a melhor distribuição:
, onde = elétrons de valência do átomo isolado, = elétrons não-ligantes em torno do átomo na estrutura, = elétrons em ligações ao átomo (contando todos os elétrons ligados).
Vou aplicar esse algoritmo a cada molécula.
Passo 3
Estrutura de Lewis e checagem:
- Contagem de elétrons de valência: C tem
e cada O tem . Total = elétrons. - Coloca-se
no centro e cada ligado a ele: duas ligações simples consomem elétrons; restam . - Preenche-se os octetos dos oxigênios com pares não-ligantes: cada O precisa de 6 elétrons não-ligantes para completar o octeto quando ligado por uma ligação simples (3 pares cada), o que usaria
elétrons. Isso deixaria o C apenas com 2 ligações simples (4 elétrons) — C ficaria com apenas 4 elétrons ao seu redor, sem octeto. - Para completar o octeto do C, converte-se cada par de elétrons não-ligantes de cada O em uma ligação dupla com o C. Resultado: duas ligações duplas
. - Checagem de cargas formais (usar a fórmula): para o carbono na estrutura com duas duplas:
. Para cada oxigênio: . Todas as cargas formais são zero — boa estrutura. - Conclusão Lewis:
com cada oxigênio tendo dois pares livres.
Passo 4
Estrutura de Lewis e checagem:
- Contagem de elétrons de valência: O tem
e cada H tem . Total = elétrons. - O átomo central é o oxigênio; liga-se aos dois H por ligações simples: isso usa
elétrons; restam . - Coloque os
elétrons restantes como dois pares não-ligantes no oxigênio. Assim O tem 2 pares não-ligantes + 2 ligações = 8 elétrons (octeto completo). Hs têm cada um 2 elétrons (dueto) pela ligação. - Cálculo de cargas formais simples: para O:
. Para cada H: . - Conclusão Lewis: estrutura com O no centro ligado a dois H (
) e com dois pares livres em O.
Passo 5
Estrutura de Lewis e checagem:
- Contagem de elétrons de valência: S tem
e cada H tem . Total = elétrons (mesmo total de H2O em termos de elétrons de valência). - S no centro ligado a dois H por ligações simples usa
elétrons; restam , que vão como dois pares não-ligantes no enxofre. - Cálculo de cargas formais: para S:
. Hs também com FC zero. - Conclusão Lewis:
com dois pares livres em S.
Passo 6
Obter a geometria molecular com VSEPR (explicando o conceito)
- Regra essencial do VSEPR: a geometria das moléculas é determinada pela repulsão entre pares de elétrons (pares ligantes + pares não-ligantes) ao redor do átomo central. Cada “domínio eletrônico” (ligação simples, dupla, tripla ou par isolado) conta como uma região de densidade eletrônica.
- A ideia prática: minimizar repulsões coloca essas regiões o mais afastadas possível, determinando a geometria eletrônica; a geometria molecular (como os átomos ficam dispostos) leva em conta apenas a posição dos átomos (pares não-ligantes não aparecem na geometria, mas influenciam ângulos).
Aplicando a cada caso:
-
: átomo central C tem duas regiões de densidade (duas ligações duplas). Duas regiões colocam-se em posições opostas: geometria eletrônica e molecular linear. Ângulo de ligação = . -
: O tem quatro regiões de densidade (duas ligações O–H + dois pares isolados) → geometria eletrônica tetraédrica. Como dois desses domínios são pares isolados, a geometria molecular observada com os átomos é “angular” (bent). Os pares isolantes empurram as ligações, reduzindo o ângulo para cerca de . -
: S também tem quatro regiões de densidade (duas ligações + dois pares isolantes) → geometria eletrônica tetraédrica também, molécula é angular (bent). Porém o ângulo H–S–H experimental é menor, cerca de . Isso acontece porque enxofre é maior e usa orbital com menor hibridização efetiva que O em água; os pares isolantes em S não “impulsionam” as ligações tanto quanto em O, e o arranjo fica com ângulo menor.
Passo 7
Avaliar polaridade (conceito e aplicação)
- Conceito curto e útil: uma ligação é polar se há diferença de eletronegatividade entre os átomos, gerando um dipolo
apontando do átomo menos eletronegativo para o mais eletronegativo. A polaridade molecular é a soma vetorial desses dipolos; se a soma vetorial for zero a molécula é apolar, senão é polar. - Valores de eletronegatividade típicos (Pauling, aproximados):
, , , . - Análise por molécula:
-
: cada ligação C–O é moderadamente polar (diferença ), mas a molécula é linear e simétrica: os dois vetores dipolo de mesma magnitude e sentidos opostos se cancelam. Soma vetorial zero → molécula apolar (não-dipolo). -
: ligações O–H são bastante polares (diferença ). Geometria angular faz com que os dois vetores dipolo se somem num vetor resultante não-nulo apontando da bissetriz do ângulo para o oxigênio. Resultado: molécula claramente polar (momento dipolar experimental grande, D). -
: ligações S–H têm pequena diferença de eletronegatividade ( ou menos), então cada ligação é pouco polar. A geometria é também angular, então há uma soma vetorial não-nula, mas o momento dipolar resultante é bem menor que o da água (valor experimental cerca de – D). Portanto H2S é polar, porém bem menos que H2O.
-
- Conclusão qualitativa da ordem de polaridade (do mais polar para o menos):
.
Resposta
Ordem de polaridade (do mais polar ao menos polar):