Exemplifique compostos que satisfaçam a teoria de VSEPR para:
um átomo central e quatro ligantes

Passo 1

Você pediu: “Exemplifique compostos que satisfaçam a teoria de VSEPR para: um átomo central e quatro ligantes”.
Informações dadas (explícitas no pedido):
  • Deve haver exatamente um átomo central com quatro ligantes ligados a ele.
  • Quer exemplos de compostos que seguem a teoria VSEPR (ou seja, precisamos indicar a geometria molecular prevista e um composto real que a apresente).
  • Não foi pedido um único caso — então é razoável mostrar as diferentes geometrias possíveis quando há quatro ligantes, variando o número de pares isolados no átomo central.

Passo 2

Rápida explicação do que vamos usar (sem ainda resolver): a teoria VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion) diz que pares de elétrons na camada de valência do átomo central se repelem e adotam arranjos que minimizam essas repulsões. Para cada exemplo preciso: (1) montar a estrutura de Lewis mínima para contar ligações e pares isolados no átomo central; (2) contar o número total de “domínios eletrônicos” (cada ligação simples, dupla ou tripla conta como um domínio; cada par isolado conta como um domínio); (3) a partir do número de domínios determinar a geometria eletrônica e a geometria molecular (a posição dos ligantes após excluir os pares isolados). Vou aplicar isso passo a passo para três situações típicas com quatro ligantes: zero pares isolados no central, um par isolado, e dois pares isolados.

Passo 3

Conceito-chave: como contar domínios eletrônicos e o que cada número dá como geometria eletrônica
  • Se o átomo central tem n domínios eletrônicos, a geometria eletrônica típica é: \begin{aligned} n=4 &\Rightarrow \text{tetraédrica (eletrônica)}\\\ n=5 &\Rightarrow \text{bipiramidal trigonal (eletrônica)}\\\ n=6 &\Rightarrow \text{octaédrica (eletrônica)} \end{aligned}éôôéô
  • A geometria molecular (onde os átomos ficam) depende de quantos desses domínios são pares isolados. Ex.: para n=5 com um par isolado a forma molecular é “seesaw” (bifurcada); para n=6 com dois pares isolados opostos a forma molecular é “quadrado planar”.
    Explicarei cada caso com um exemplo real.

Passo 4

Caso A: zero pares isolados no átomo central (quatro ligantes, 0 pares isolados)
  • Montagem da estrutura (exemplo \mathrm{CH_4}):
    • Carbono: átomo central com 4 elétrons de valência.
    • Cada hidrogênio contribui com 1 elétron para formar 4 ligações simples C–H.
    • Após formar 4 ligações simples, o carbono não tem pares isolados.
  • Contagem de domínios: 4 ligações \Rightarrow 4 domínios eletrônicos.
  • Geometria eletrônica para 4 domínios: tetraédrica.
  • Geometria molecular: tetraédrica (todos os domínios são ligações, nenhum par isolado para deformar).
  • Ângulo de ligação típico: aproximadamente 109{,}5^\circ.
  • Exemplos típicos: \mathrm{CH_4}, \mathrm{SiCl_4}, \mathrm{CCl_4}.

Passo 5

Por que fica tetraédrico? (mini-aula)
  • Pares eletrônicos (ligações) se repelem igualmente; para minimizar repulsão entre quatro pontos iguais ao redor de um centro, a disposição é um tetraedro regular.
  • Na prática na prova: conte as ligações e pares isolados no átomo central; se são quatro domínios e zero pares isolados, escreva “tetraédrica” e cite \mathrm{CH_4} como exemplo e o ângulo 109{,}5^\circ.

Passo 6

Caso B: um par isolado no átomo central (quatro ligantes, 1 par isolado)
  • Exemplo clássico: \mathrm{SF_4}.
  • Montagem da estrutura (esquemática para \mathrm{SF_4}):
    • Enxofre (S) tem 6 elétrons de valência.
    • Quatro flúor (F) ligam-se com S por quatro ligações simples (cada ligação usa um par de elétrons).
    • Após formar 4 ligações, S usou 4 dos seus 6 elétrons; restam 2 elétrons que ficam como 1 par isolado no S.
  • Contagem de domínios: 4 ligações + 1 par isolado = 5 domínios eletrônicos.
  • Geometria eletrônica para 5 domínios: bipiramidal trigonal.
  • Geometria molecular com 1 par isolado em n=5: o par ocupa posição equatorial para minimizar repulsão; a forma molecular é “seesaw” (bifurcada).
  • Ângulos típicos: no arranjo bipiramidal, ângulos equatoriais entre ligantes ~ 120^\circ (no plano equatorial), e ângulos axial–equatorial ~ 90^\circ; a presença do par isolado altera um pouco esses valores, mas a ideia é: ligações axialmente têm ângulos aproximadamente 90^\circ com equatoriais.
  • Conclusão: \mathrm{SF_4} é um exemplo real de átomo central com quatro ligantes e um par isolado, adotando a geometria molecular “seesaw”.

Passo 7

Por que o par fica equatorial em n=5? (mini-aula)
  • Em n=5 (bipiramidal trigonal) há duas posições axiais (opostas) e três posições equatoriais (formando um triângulo ao redor do centro). Um par isolado ocupa posição equatorial porque essa posição oferece maiores ângulos com os outros domínios (menor repulsão), ou seja, maximiza as distâncias angulares — regra prática muito útil na prova: pares isolados preferem posições que minimizam repulsões, frequentemente equatoriais em n=5.

Passo 8

Caso C: dois pares isolados no átomo central (quatro ligantes, 2 pares isolados)
  • Exemplo clássico: \mathrm{XeF_4} e o íon \mathrm{ICl_4^-}.
  • Montagem da estrutura (esquemática para \mathrm{XeF_4}):
    • Xenônio (Xe) tem 8 elétrons de valência.
    • Forma quatro ligações Xe–F usando 4 pares de elétrons.
    • Dos 8 elétrons, 4 pares foram usados em ligações; sobram 2 pares isolados no Xe.
  • Contagem de domínios: 4 ligações + 2 pares isolados = 6 domínios eletrônicos.
  • Geometria eletrônica para 6 domínios: octaédrica.
  • Geometria molecular com 2 pares isolados: pares isolados ficam em posições opostas (180° entre eles) para minimizar repulsão; as quatro ligações ocupam as posições restantes no plano formando um quadrado: geometria molecular = quadrado planar.
  • Ângulo típico entre ligantes no plano: 90^\circ.
  • Exemplos reais: \mathrm{XeF_4}, \mathrm{ICl_4^-}.

Passo 9

Por que os pares ficam opostos em n=6? (mini-aula)
  • Em uma geometria eletrônica octaédrica (seis posições iguais), dois pares isolados preferem ocupar posições trans (opostas) porque isso lhes dá máxima separação angular (180°), reduzindo repulsão. Isso deixa os quatro ligantes no plano equatorial formando o quadrado plano.

Passo 10

Resumo prático para decorar e usar na prova (como amigo explicando rápido):
  • Conte: ligantes ligados ao átomo central = número de ligações; some os pares isolados que ficam no átomo central. Domínios = ligações + pares isolados.
  • Para um átomo com quatro ligantes, as formas moleculares possíveis (mais comuns) são:
    • sem pares isolados: tetraédrica (ex.: \mathrm{CH_4})
    • com 1 par isolado: seesaw / bifurcada (ex.: \mathrm{SF_4})
    • com 2 pares isolados: quadrado planar (ex.: \mathrm{XeF_4}, \mathrm{ICl_4^-})
  • Na prova: faça a estrutura de Lewis rápido, conte pares isolados no átomo central e então use a tabela mental acima.

Resposta

\mathrm{CH_4},\\ \mathrm{SiCl_4},\\ \mathrm{CCl_4} (tetraédrica, 0 pares isolados)
\mathrm{SF_4} (seesaw / bifurcada, 1 par isolado)
\mathrm{XeF_4},\\ \mathrm{ICl_4^-} (quadrado planar, 2 pares isolados)

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