Explique a estrutura do íon
.
Passo 1
O enunciado pede que eu explique a estrutura do íon
.
Informações dadas (apenas o que está no enunciado): o íon é formado por três átomos de iodo com carga total .
O que preciso determinar e explicar: como distribuir os elétrons (estrutura de Lewis), quais são as cargas formais, qual a geometria molecular (ângulo de ligação), por que as ligações são equivalentes e que tipo de ligação descreve melhor o sistema (modelo de ressonância ou modelo molecular/3c–4e).
Informações dadas (apenas o que está no enunciado): o íon é formado por três átomos de iodo com carga total
O que preciso determinar e explicar: como distribuir os elétrons (estrutura de Lewis), quais são as cargas formais, qual a geometria molecular (ângulo de ligação), por que as ligações são equivalentes e que tipo de ligação descreve melhor o sistema (modelo de ressonância ou modelo molecular/3c–4e).
Passo 2
Contagem de elétrons de valência (etapa essencial antes de desenhar a estrutura de Lewis). Cada iodo traz
elétrons de valência. Como há três iodos e a carga total é
, o número total de elétrons a distribuir é
Explicação didática: eu sempre somo os elétrons de todos os átomos e adiciono (ou subtraio) elétrons correspondentes à carga. Aqui o
significa um elétron extra.
Passo 3
Montagem inicial da estrutura de Lewis (passo a passo):
- Coloco um iodo central ligado aos outros dois iodos terminais (configuração linear típica para três átomos). Isso usa
ligações simples, i.e., elétrons. - Dos
elétrons, já usei , restam elétrons para distribuir como pares isolados. - Coloco primeiro pares isolados nos átomos terminais até completar seus octetos: cada iodo terminal precisa de
pares (6 elétrons) para ficar com 8 elétrons ao redor (contando a ligação). Dois terminais → elétrons usados. Agora restam elétrons. - Coloco os
elétrons restantes no iodo central como pares isolados. Resultado: o iodo central fica com pares isolados + ligações = elétrons ao redor (octeto expandido), cada terminal tem pares isolados + 1 ligação = elétrons.
Desenho mental da distribuição final: terminal — central — terminal, com pares isolados (3 pares) nos terminais e 3 pares no central.
Passo 4
Cálculo das cargas formais (para entender a distribuição de carga na estrutura de Lewis que montei). A fórmula da carga formal é
onde
é elétrons de valência do átomo livre,
é número de elétrons não ligantes (pares isolados) e
é número total de elétrons envolvidos em ligações desse átomo. Aplicando aos átomos:
- Para cada iodo terminal:
, (três pares), (uma ligação simples). Então
- Para o iodo central:
, (três pares), (duas ligações simples). Então
Interpretação: na estrutura de Lewis direta o iodo central aparece com carga formal
e os terminais são neutros. Isso satisfaz a carga total
do íon.
Passo 5
Geometria eletrônica e geometria molecular (VSEPR), explicado passo a passo:
- No iodo central há
regiões de densidade eletrônica: ligações (pares ligantes) + pares isolados = . O número estérico é . - A geometria eletrônica para número estérico
é uma bipirâmide trigonal. Em uma bipirâmide trigonal as posições equatoriais (três delas) têm ângulos de entre si e para as posições axiais; pares isolados preferem ocupar posições equatoriais porque sofrem menos repulsão. - Para minimizar repulsões, os
pares isolados ocupam as três posições equatoriais e as duas ligações ficam nas posições axiais opostas. Isso resulta numa geometria molecular linear para os átomos (ligantes) ao redor do átomo central, com ângulo de ligação
Explicação didática: por VSEPR eu conto pares de elétrons, não apenas ligações; pares isolados “espremem” mais e preferem equatorial numa bipirâmide, deixando as ligações axiais opostas, daí a linearidade.
Passo 6
Natureza da ligação — por que as duas ligações
são equivalentes e qual é a ordem de ligação: conceito de ligação de três centros e quatro elétrons (3c–4e).
- A descrição de Lewis com a carga formal concentrada no iodo central é uma representação possível, mas experimento e teoria eletrônica mostram que as duas ligações I–I em
são equivalentes (mesmo comprimento e energia). - Um modelo melhor é o modelo molecular/3c–4e: três átomos compartilham um conjunto de quatro elétrons em orbitais combinados ao longo do eixo I–I–I. Esse arranjo gera um orbital ligado baixo em energia ocupado por dois elétrons e um orbital não-ligante/anti-ligante parcialmente ocupado por dois elétrons, resultando em ligação “delocalizada” entre os três átomos.
- Consequência prática: cada ligação I–I tem ordem de ligação efetiva aproximadamente
ou seja, menos que uma ligação simples e o mesmo para as duas extremidades. Isso explica comprimento de ligação maior que em uma ligação I–I simples isolada e igualdade entre as duas ligações.
Explicação didática do 3c–4e de forma simples: imagine que há dois elétrons que realmente estabilizam (em um orbital ligado estendido pelos três átomos) e dois elétrons que ocupam um orbital que não contribui para ligação entre os átomos extremos; o resultado médio é meia-ligação entre cada par vizinho.
Passo 7
Resumo das consequências observáveis e compatibilidade com dados:
- Geometria: linear (
). - Distribuição eletrônica: na representação de Lewis simples o iodo central tem carga formal
, mas o melhor modelo físico é delocalização eletrônica (modelo 3c–4e), o que faz as duas ligações equivalentes. - Ordem de ligação: aproximadamente
por cada ligação I–I. - Octeto expandido: o iodo central aceita mais de 8 elétrons (tem
na estrutura de Lewis), o que é possível para elementos do terceiro período em diante.
Resposta
O íon
tem estrutura linear (
), pode ser representado em Lewis com o iodo central contendo três pares isolados e duas ligações (central com carga formal
), mas a ligação real é melhor descrita pelo modelo de três centros e quatro elétrons (3c–4e), que dá duas ligações equivalentes com ordem de ligação aproximadamente
cada.