Explique a ligação dos seguintes compostos (
e
) com base na hibridização. Para cada uma delas, desenhe o diagrama de caixas (orbitais) para a última camada e diga qual a hibridização, quantas ligações e quantos pares de elétrons livres o átomo central possui (nuvens).
Passo 1
O que o enunciado pede e quais compostos temos. Precisa-se, para cada composto da lista
e
:
- desenhar o diagrama de caixas (orbitais) para a última camada do átomo central (antes e depois da hibridização, quando for didático);
- dizer qual a hibridização do átomo central;
- dizer quantas ligações (sigma) o átomo central forma;
- dizer quantos pares de elétrons livres (pares não-ligantes) o átomo central possui;
- indicar igualmente o número de “nuvens” (domínios eletrônicos) se pertinente (que é soma de ligações + pares livres).
Os compostos a tratar são:
.
Passo 2
Breve aula: como decidir hibridização e desenhar diagramas de caixas.
- Ideia central da hibridização: os orbitais atômicos da camada de valência (por exemplo
, , e às vezes ) podem misturar-se para formar novos orbitais híbridos ( , etc.) que se orientam para formar ligações sigma. A hibridização explica a geometria das ligações e por que temos certos ângulos. - Método prático para decidir hibridização (muito usado em prova): calcule o número de domínios eletrônicos ao redor do átomo central (também chamado de número estérico):
- número de núcleos ligados (ligações sigma, conte cada ligação múltipla como uma única nuvem) + número de pares isolados (pares não-ligantes) = número de domínios.
- mapa usual: domínios
, , , , .
- Para achar pares livres do átomo central de forma rápida:
- use a conta
, onde é o número de elétrons de valência do átomo central e é o número de ligações simples (assumindo que, em ligações simples, o átomo central contribui com um elétron por ligação). Isso funciona para os exemplos típicos de covalência simples que vamos tratar.
- use a conta
- Diagrama de caixas (orbitais): mostro antes (configuração de valência atômica) e depois (orbitais híbridos ocupados). Em diagramas usarei
e para spins.
Passo 3
Observação sobre promoção de elétrons e desenho dos diagramas: muitas hibridizações são explicadas com uma pequena “promoção” (passar um elétron de
para
ou
) para obter elétrons desemparelhados que entram nos híbridos. Em provas isso é aceito como modelo qualitativo para explicar o número de ligações. Vou sempre mostrar:
- configuração antes (valência);
- promoção se necessário;
- hibridização e diagrama final com os híbridos e ocupação eletrônica.
Agora vamos tratar caso a caso, com calma e sem pular etapas.
Passo 4
- Valência e configuração inicial do átomo central (
, Z=4): valência .
- O berílio forma duas ligações simples com dois átomos de cloro. Ele tem
elétrons de valência e forma ligações. Pela fórmula de pares livres:
Número de domínios =
(duas ligações), então hibridização é
e geometria linear.
- Promoção/hibridização e diagrama final: o
e um dos combinam em dois híbridos . As duas orbitais ficam com um elétron cada (cada uma fará uma ligação sigma com o do ).
- Conclusão para
: hibridização , forma ligações sigma, pares livres , domínios eletrônicos (linear).
Passo 5
- Valência do átomo central (
, Z=5): . Representação antes:
- O boro forma
ligações com três flúor. elétrons de valência (considerando apenas os utilizados em ligações), então pares livres:
Domínios
então hibridização
e geometria trigonal plana.
- Promoção/hibridização: para obter três orbitais com elétrons desemparelhados, um dos elétrons do
é promovido para , depois e dois hibridizam em três ; sobra um orbital perpendicular vazio.
Esse
vazio é a razão pela qual
é deficiente em elétrons (ácido de Lewis potencial).
- Conclusão para
: hibridização , ligações sigma, pares livres, domínios (trigonal planar).
Passo 6
- Carbono (
, Z=6) valência . Antes:
- Carbono precisa de
ligações para completar octeto. Promoção: um elétron do é promovido para , ficando com quatro elétrons desemparelhados:
- Esses quatro orbitais hibridizam em quatro
, cada um com um elétron, formando quatro ligações sigma com H.
-
Usando a fórmula:
, pares livres . Domínios hibridização (geometria tetraédrica). -
Conclusão para
: hibridização , ligações, pares livres, domínios .
Passo 7
- Fósforo (
, Z=15) valência inicial . Antes:
- O fósforo forma
ligações em . Usando a ideia de promoção: um elétron do ou de é promovido para de modo a obter cinco elétrons desemparelhados. Após promoção temos cinco orbitais disponíveis para hibridizar:
No modelo tradicional chamamos a combinação de
(ou
) que gera cinco híbridos equivalentes orientados em geometria trigonal bipiramidal.
-
Pares livres:
, pares livres . Domínios hibridização . -
Conclusão para
: hibridização , ligações sigma, pares livres, domínios (trigonal bipiramidal).
Passo 8
- Oxigênio (
, Z=8) valência . Configuração antes (seguindo Hund):
(essa distribuição é uma forma de representar os quatro elétrons em p como uma dupla em um orbital p e dois desemparelhados nos outros, depois veremos o efeito da hibridização).
- A água tem
ligações (duas com H). Usando a fórmula:
Logo
pares não-ligantes. Domínios
ligações
pares
hibridização
.
- Diagrama após hibridização
: quatro orbitais ; dois deles contêm pares isolados (cada um ), e dois contêm um elétron cada para formar as duas ligações O–H.
Os dois
com um elétron irão emparelhar com os elétrons de
do H formando duas ligações sigma.
-
Geometria eletrônica tetraédrica, geometria molecular curvada (ângulo aproximado
) devido ao efeito de pares livres. -
Conclusão para
: hibridização , ligações sigma, pares livres, domínios .
Passo 9
- Nitrogênio (
, Z=7) valência . Antes:
- Amônia tem
ligações N–H. Usando a fórmula:
Então
par livre. Domínios
hibridização
.
- Após hibridização
: quatro orbitais , três com um elétron para formar ligações e um com par de elétrons não-ligante.
(Aqui
contém o par livre, as outras três contêm um elétron cada para emparelhar com os
do H.)
-
Geometria eletrônica tetraédrica, geometria molecular piramidal trigonal, com ângulo N–H ≈
. -
Conclusão para
: hibridização , ligações sigma, par livre, domínios .
Passo 10
- Enxofre (
, Z=16) valência . Antes (representação simplificada):
- Em
o enxofre faz ligações. Usando a fórmula:
Domínios
hibridização
(usa orbitais
para formar seis híbridos equivalentes); geometria octaédrica.
- Promoção/hibridização qualitativa: dois elétrons são promovidos para orbitais
(modelo didático) para obter seis elétrons desemparelhados que hibridizam em seis . Diagrama depois:
- Conclusão para
: hibridização , ligações sigma, pares livres, domínios (octaédrica).
Passo 11
Resumo rápido dos critérios usados (para você decorar para prova):
- calcule
(elétrons de valência do átomo central) e estime (número de ligações simples formadas pelo central); - use
para obter pares livres (útil e rápido quando o central contribui com um elétron por ligação); - domínios =
pares livres → mapeie para hibridização: , , , , ; - desenhe os diagramas de caixas mostrando orbitais híbridos ocupados para visualizar onde estão pares livres e elétrons de ligação.