Dê a fórmula VSEPR, a formula molecular e os ângulos de ligação de cada um dos seguintes casos:
.
Passo 1
O enunciado pede três coisas para o composto fornecido:
- A fórmula VSEPR (notação
). - A fórmula molecular (como já escrita no enunciado).
- Os ângulos de ligação entre os átomos de ligação.
Informação dada:
- O composto é
.
Passo 2
Contar os elétrons de valência e montar a estrutura de Lewis (passo a passo, bem mastigado).
- Germânio (Ge) pertence ao grupo 14, portanto tem
elétrons de valência. - Hidrogênio (H) tem
elétron de valência cada. - Total de elétrons de valência:
Esses
elétrons correspondem a
pares de elétrons. Para
a maneira mais estável é colocar o átomo de Ge no centro e ligar os quatro H a ele com ligações simples (cada ligação consome 1 par de elétrons). Assim usamos exatamente os
pares para as quatro ligações
. Não sobra par de elétrons não ligante no Ge.
Passo 3
Montando a notação VSEPR
e interpretando:
- Na notação
é o átomo central, é o número de átomos ligados e é o número de pares de elétrons não-ligantes (pares isolados) no átomo central. - Para
: átomo central Ge, número de átomos ligados , número de pares isolados .
Logo a fórmula VSEPR é.
Significado geométrico dessa fórmula:
- Quando há quatro domínios eletrônicos ao redor do átomo central (aqui, 4 ligações simples e 0 pares isolados), os domínios se posicionam para minimizar repulsão formando uma geometria tetraédrica eletrônica.
- Como não há pares isolados para distorcer a molécula, a geometria molecular (a disposição dos átomos) também é tetraédrica.
Passo 4
Explicação física do ângulo de ligação tetraédrico e cálculo do valor numérico (passo-a-passo):
- O ângulo ideal entre duas ligações numa geometria tetraédrica é o ângulo entre dois vetores que partem do centro para dois vértices distintos de um tetraedro regular.
- Uma maneira simples de obter o cosseno desse ângulo é escolher coordenadas para quatro vértices de um tetraedro centrado na origem. Por exemplo, use os vetores
Esses vetores representam direções para dois vértices distintos; eles têm norma
.
- Calcule o produto escalar:
- O cosseno do ângulo
entre as direções unitárias correspondentes é
- Logo o ângulo é
Esse é o ângulo de ligação ideal em uma estrutura tetraédrica.
Passo 5
Comentário sobre hibridização (ajuda a lembrar na prova):
- Para formar quatro ligações equivalentes, o átomo central costuma usar hibridização
: mistura de uma orbital com três orbitais formando quatro orbitais equivalentes dirigidas segundo os vértices de um tetraedro. Assim a hibridização prevista para Ge em é , consistente com geometria tetraédrica e ângulo .
Passo 6
Resumo final (já prepara a respota que está abaixo):
- Fórmula VSEPR:
. - Estrutura de Lewis: Ge no centro ligado a quatro H por ligações simples, sem pares isolados no Ge.
- Geometria molecular: tetraédrica.
- Ângulo de ligação:
.
Resposta
VSEPR:
(tetraédrica)
Fórmula molecular:
Ângulos de ligação:
Fórmula molecular:
Ângulos de ligação: