Explique por que o \mathrm{BrF}_{4} - é quadrado planar, enquanto o \mathrm{BF}_{4} - é tetraédrico.

Passo 1

O enunciado pergunta por que o íon \mathrm{BrF}_{4}^{-} é quadrado planar enquanto o íon \mathrm{BF}_{4}^{-} é tetraédrico.
Informações dadas (implícitas nos símbolos):
  • Temos dois íons: \mathrm{BrF}_{4}^{-} e \mathrm{BF}_{4}^{-}.
  • Precisa-se justificar a geometria molecular de cada um (forma tridimensional dos átomos de flúor ao redor do átomo central).

Passo 2

Vou usar a construção de estruturas de Lewis (contagem de elétrons de valência e distribuição em ligações e pares isolados) e as regras básicas do modelo VSEPR (repulsão entre pares de elétrons na camada de valência) para deduzir a geometria. Antes de aplicar, explico as ideias essenciais de forma bem didática.
O que é a contagem de elétrons de valência e por que importa?
  • Cada átomo traz uma quantidade de elétrons de valência (tabela periódica). Esses elétrons formam ligações ou ficam como pares isolados. A contagem total indica quantos pares eletrônicos haverá ao redor do átomo central.
  • Em VSEPR, cada par eletrônico (par ligante ou par isolado) é um “domínio eletrônico” que ocupa espaço e se reorganiza para minimizar repulsões. O número de domínios determina a geometria eletrônica básica; a posição relativa de pares isolados e pares ligantes determina a forma molecular.
Regras VSEPR essenciais que vou aplicar (explicadas simples):
  • Um domínio = uma ligação simples (par de elétrons compartilhado) ou um par isolado no átomo central.
  • Pares isolados repelem mais que pares ligantes. Ordem de repulsão: par isolado–par isolado > par isolado–par ligante > par ligante–par ligante.
  • A geometria eletrônica tenta colocar os domínios o mais distante possível; a geometria molecular resulta ao “ignorar” os pares isolados (mostrar apenas os átomos).
Agora, aplico isso a cada íon.

Passo 3

Estrutura de Lewis e VSEPR para \mathrm{BrF}_{4}^{-}.
Contagem de elétrons de valência:
  • Bromo: 7 elétrons de valência.
  • Cada flúor: 7 elétrons de valência, e são 4 átomos de F \Rightarrow 4\times7=28.
  • Carga negativa -1 adiciona 1 elétron.
    Total: \,7+28+1=36 elétrons de valência (ou 18 pares de elétrons).
Montagem da estrutura:
  • Fazemos 4 ligações \mathrm{Br}\!-\!\mathrm{F}. Cada ligação usa 2 elétrons \Rightarrow 4\times2=8 elétrons usados.
  • Restam 36-8=28 elétrons para distribuir como pares isolados.
  • Cada átomo de F precisa completar octeto: cada F recebe 3 pares isolados ( 6 elétrons) além da ligação. Para 4 F isso consome 4\times6=24 elétrons.
  • Restam 28-24=4 elétrons, ou seja 2 pares isolados que ficam no átomo central Br.
Conclusão da contagem para \mathrm{BrF}_{4}^{-}:
  • No bromo central: 4 pares ligantes (para os 4 F) + 2 pares isolados = 6 domínios eletrônicos ao redor do Br.
  • Um arranjo de 6 domínios eletrônicos tem geometria eletrônica octaédrica (os domínios se posicionam como vértices de um octaedro para minimizar repulsões).
  • Como há 2 pares isolados, a forma molecular resultante (ignorando os pares isolados) é quadrado planar: os quatro ligantes ocupam posições nas arestas de um plano formando um quadrado, enquanto os dois pares isolados ficam em posições opostas (axiais) do octaedro.
Por que os pares isolados ficam em posições opostas?
  • Em um octaedro, colocar os dois pares isolados em posições trans (opostas) os separa por 180^\circ, minimizando a repulsão par isolado–par isolado (a maior repulsão). Assim obtém-se a menor energia; com isso os quatro F ficam no mesmo plano formando um quadrado — a geometria quadrado planar.

Passo 4

Estrutura de Lewis e VSEPR para \mathrm{BF}_{4}^{-}.
Contagem de elétrons de valência:
  • Boro: 3 elétrons de valência.
  • Cada flúor: 7 elétrons, então 4\times7=28.
  • Carga -1 adiciona 1 elétron.
    Total: \,3+28+1=32 elétrons de valência (ou 16 pares).
Montagem da estrutura:
  • Fazemos 4 ligações \mathrm{B}\!-\!\mathrm{F}: 4\times2=8 elétrons usados.
  • Restam 32-8=24 elétrons para pares isolados.
  • Cada F recebe 3 pares isolados ( 6 elétrons), total 4\times6=24 elétrons.
  • Restam 0 elétrons para pares no B.
Conclusão da contagem para \mathrm{BF}_{4}^{-}:
  • No boro central: 4 pares ligantes + 0 pares isolados = 4 domínios eletrônicos.
  • Um arranjo de 4 domínios eletrônicos corresponde à geometria eletrônica tetraédrica; sem pares isolados a forma molecular é também tetraédrica. Logo os quatro F ocupam os vértices de um tetraedro ao redor do B.

Passo 5

Por que, qualitativamente, os resultados são diferentes — físico-química por trás da diferença?
  1. Número de domínios eletrônicos é o ponto-chave:
  • \mathrm{BrF}_{4}^{-} acabou com 6 domínios (4 ligações + 2 pares isolados) → geometria eletrônica octaédrica → forma quadrado planar.
  • \mathrm{BF}_{4}^{-} tem 4 domínios (4 ligações, 0 pares isolados) → tetraédrica.
  1. Por que Br aceita 6 domínios enquanto B fica com 4?
  • O bromo é um elemento do período 4 (átomo maior) e consegue acomodar mais pares de elétrons ao seu redor sem repulsões extremas; ele pode expandir a “região de valência” mais facilmente do que um elemento do período 2. Isso facilita ter dois pares isolados adicionais no Br.
  • O boro é do período 2 (átomo pequeno) e, na prática, forma um estado estável com quatro ligações no íon BF _4^- (graças ao elétron extra que torna possível 4 ligações). Não há pares isolados extras no B após preencher os octetos dos F, então o boro termina com 4 domínios apenas.
  1. Efeitos de estabilidade e carga formal (compacto e intuitivo):
  • Em \mathrm{BrF}_{4}^{-} a carga formal -1 fica principalmente no Br (cálculo: 7 - 4 - 4 = -1, onde 7 é elétrons de valência de Br, 4 são elétrons não-ligantes e 4 é metade dos elétrons de ligação), e isso é aceitável porque Br é relativamente grande e pode acomodar essa densidade eletrônica.
  • Em \mathrm{BF}_{4}^{-} a carga formal total -1 aparece no conjunto da estrutura, e o arranjo tetraédrico com B sem pares isolados é o mais favorável energeticamente dado o tamanho e eletronegatividade de B e F.
  1. Observação prática e exemplos análogos:
  • Outros compostos com 6 domínios que têm 2 pares isolados dão forma quadrado planar — por exemplo, \mathrm{XeF}_{4} (xenônio com 4 F e 2 pares isolados) é quadrado planar.
  • Compostos com átomo central pequeno que formam quatro ligações sem pares isolados tendem a ser tetraédricos — por exemplo, \mathrm{CH}_{4}, \mathrm{BF}_{4}^{-}.

Passo 6

Resumo operacional (o que você precisa lembrar para uma prova, rápido e prático):
  • Faça a contagem de elétrons de valência totais.
  • Desenhe ligações e complete octetos dos ligantes (F).
  • Veja quantos pares isolados sobram no átomo central.
  • O número total de domínios (pares ligantes + pares isolados) dá a geometria eletrônica: 4\to tetraédrica, 6\to octaédrica.
  • A geometria molecular: coloque os pares isolados nas posições que minimizem repulsão (pares isolados se separam ao máximo), e veja a forma resultante dos átomos.
Força para a prova: conte elétrons, conte domínios, aplique VSEPR — e desenhe o esboço mental do octaedro (para 6 domínios) ou tetraedro (para 4 domínios) para ver se a forma final é quadrado planar ou tetraédrica.

Resposta

\mathrm{BrF}_{4}^{-} é quadrado planar porque o bromo central tem 4 pares ligantes e 2 pares isolados (6 domínios eletrônicos → geometria eletrônica octaédrica; com 2 pares isolados em posições axiais a forma molecular é quadrado planar).
\mathrm{BF}_{4}^{-} é tetraédrico porque o boro central tem 4 pares ligantes e 0 pares isolados (4 domínios eletrônicos → geometria tetraédrica).

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