Explique um motivo da existência do
mas não do
.
Passo 1
O enunciado pede para eu explicar um motivo pelo qual existe o composto neutro
(pentafluoreto de fósforo) mas não existe o composto neutro
(pentafluoreto de nitrogênio). As informações relevantes que eu tenho do enunciado são: os dois são pentafluoretos de elementos do grupo 15 (N e P) e preciso justificar a existência de um e a não existência do outro.
Passo 2
Contagem de elétrons de valência e a ideia do “octeto”.
- Nitrogênio e fósforo estão no grupo 15, cada um tem 5 elétrons de valência, isto é,
elétrons na camada de valência: e . - Se um átomo do grupo 15 faz cinco ligações simples com flúor (cada ligação compartilha 2 elétrons), o número de elétrons ao redor do átomo central passa a ser
elétrons. Escrevendo em TeX: ao formar teríamos elétrons no “anel” de valência do átomo . - A regra do octeto diz que átomos da segunda linha (segunda camada) tendem a ficar estáveis com
elétrons na camada de valência; ultrapassar elétrons costuma ser desfavorável para átomos pequenos como o .
Passo 3
Por que
pode existir apesar de ter 10 elétrons ao redor do P?
- O fósforo está na terceira camada (
), portanto maior raio atômico e mais espaço para distribuir elétrons ao redor do núcleo. Isso reduz a repulsão entre pares eletrônicos quando comparado ao nitrogênio (menor raio). - Tradicionalmente se diz que átomos do terceiro período podem “expandir o octeto” usando orbitais
. Na visão moderna a participação direta de orbitais é controversa, mas o fato experimental permanece: átomos maiores (P, S, Cl etc.) acomodam mais de 8 elétrons com custo energético aceitável porque a distância entre elétrons e a capacidade de estabilização por ligação compensam a repulsão adicional. - Assim, o fósforo forma cinco ligações P–F, dando a
a geometria trigonal bipiramidal estável e com energia de ligação suficiente para tornar a molécula isolável.
Passo 4
Por que
não existe (neutralamente)? — argumentos físico-químicos simples e didáticos
- Tamanho e repulsão eletrônica: o nitrogênio é pequeno (
), então colocar 10 elétrons ao redor implica pares eletrônicos muito próximos, aumentando fortemente a repulsão elétron–elétron — isso eleva muito a energia da molécula, tornando-a instável. - Impossibilidade prática de “expandir o octeto”: ao contrário do fósforo, o nitrogênio na segunda camada não tem orbitais adicionais de valência de baixa energia que permitam acomodar confortavelmente mais do que 8 elétrons; portanto a formação de cinco ligações simples seria energeticamente muito cara.
- Efeito da eletronegatividade do flúor: o flúor puxa fortemente densidade eletrônica; ter cinco F altamente eletronegativos ao redor de um átomo pequeno e já pouco eletronegativo deixa o N extremamente deficiente em elétrons e aumenta tensões eletrostáticas e tendência à decomposição.
- Consequência: qualquer tentativa de formar
neutro seria desestabilizada e preferiria caminhos de decomposição (por exemplo, a formação de mais ou a formação de espécies iônicas), então não se isola neutro.
Passo 5
Breve comparação de estruturas e alternativas iônicas (para conexão com o que você pode ver em provas)
-
: molécula neutra isolável; geometria trigonal bipiramidal; ligações P–F fortes e arranjo espacial que tolera 5 ligantes. -
: não isolado como néutro. Existem espécies relacionadas onde o nitrogênio está em estados com quatro ligantes, como o cátion tetrafluoroamônio , (sal de tetrafluoroamônio é conhecido), mas isso já é iônico e estabilizado por um contra-íon; ainda assim não há um análogo neutro estável.
Passo 6
Resumo conceitual simples (a “intuição” para decorar e usar na prova)
- Regra prática: elementos do segundo período (como
, , ) praticamente não expandem o octeto; elementos do terceiro período ou posteriores (como , , ) frequentemente o fazem. - Logo:
existe porque o fósforo, sendo maior, acomoda cinco ligações com energia total favorável; não existe porque o nitrogênio é pequeno e não consegue acomodar cinco ligantes sem energia muito alta (repulsão eletrônica e violação prática do octeto).