1. Qual das fórmulas abaixo é prevista para o composto formado por átomos de fósforo e flúor, considerando o número de elétrons da camada de valência de cada átomo?
    Justifique:
    a) P \equiv F
    b) P-F \equiv P
    c) \mathrm{F}-\mathrm{F} \equiv \mathrm{P}
    d) \mathrm{F}-\mathrm{P}-\mathrm{F}
    e) P-F-P

Passo 1

O enunciado pede: escolher, entre as alternativas dadas, qual fórmula estrutural é prevista para um composto formado por átomos de fósforo e flúor, considerando o número de elétrons da camada de valência de cada átomo, e justificar a escolha.
Informações fornecidas (dados que vamos usar):
  • Átomo de fósforo: \mathrm{P}, camada de valência com \,5 elétrons.
  • Átomo de flúor: \mathrm{F}, camada de valência com \,7 elétrons.
  • Alternativas fornecidas:
    a) \mathrm{P}\equiv\mathrm{F}
    b) \mathrm{P}-\mathrm{F}\equiv\mathrm{P}
    c) \mathrm{F}-\mathrm{F}\equiv\mathrm{P}
    d) \mathrm{F}-\mathrm{P}-\mathrm{F}
    e) \mathrm{P}-\mathrm{F}-\mathrm{P}

Passo 2

Conceitos básicos (mini-aula curta e prática):
  • Valência: para fazer ligações covalentes contamos os elétrons da camada externa (valência). Já sabemos: \mathrm{P} tem \,5 valence, \mathrm{F} tem \,7.
  • Regra do octeto (versão simples): átomos tendem a completar até \,8 elétrons na camada de valência (exceções existem para elementos do 3.º período em diante, que podem expandir o octeto).
  • Cada ligação covalente simples consome 2 elétrons (um par compartilhado). Em Lewis, um par de elétrons na ligação é contado para os dois átomos.
  • Uma verificação rápida: um composto neutro, com todas as ligações covalentes usuais e sem elétrons ímpares, terá um número total de elétrons de valência par (porque os elétrons aparecem em pares). Se a soma total das valências dos átomos for ímpar, o resultado seria um radical (um elétron desemparelhado) — normalmente isso não é a forma estável esperada num exercício elementar.

Passo 3

Aplicando a verificação do número total de elétrons de valência para cada alternativa (contagem direta):
  • Alternativa a) \mathrm{P}+\mathrm{F}: total =5+7=12 elétrons de valência (par).
  • Alternativa b) \mathrm{P}+\mathrm{F}+\mathrm{P}: total =5+7+5=17 elétrons de valência (ímpar).
  • Alternativa c) \mathrm{F}+\mathrm{F}+\mathrm{P}: total =7+7+5=19 elétrons de valência (ímpar).
  • Alternativa d) \mathrm{F}+\mathrm{P}+\mathrm{F}: total =7+5+7=19 elétrons de valência (ímpar).
  • Alternativa e) \mathrm{P}+\mathrm{F}+\mathrm{P}: total =5+7+5=17 elétrons de valência (ímpar).
Comentário didático: composições com soma ímpar de elétrons (b, c, d, e) implicariam, no modelo de Lewis, que pelo menos um elétron ficaria desemparelhado (radical) se representadas exatamente como escritas. Exercícios elementares que pedem a “fórmula prevista” de compostos neutros covalentes normalmente esperam uma estrutura com elétrons pareados (fechamento de octetos ou estrutura estável). Portanto opções com soma ímpar são imediatamente pouco prováveis como a resposta correta num contexto básico.

Passo 4

Conclusão pela paridade dos elétrons: das alternativas dadas, apenas a alternativa a) tem número total de elétrons de valência par ( 12). Assim, só a alternativa a) permite, em princípio, distribuir pares de elétrons sem deixar elétrons ímpares soltos. Todas as outras alternativas (b, c, d, e) têm soma total ímpar de elétrons de valência e seriam espécies com elétron desemparelhado (radical) se tomadas literalmente — o que não é a previsão esperada aqui.

Passo 5

Análise da alternativa a) em termos de estrutura de Lewis e regra do octeto:
  • Para \mathrm{P} e \mathrm{F} isolados temos 12 elétrons de valência. Vamos distribuir:
    • Se fizermos uma ligação tripla \mathrm{P}\equiv\mathrm{F}, essa ligação consome 3\times2=6 elétrons.
    • Restam 12-6=6 elétrons para colocar como pares não ligantes.
    • O flúor, numa tripla, teria uma única dupla de elétrons não-ligantes (um par) e os 3 pares ligantes — totalizando 8 elétrons ao redor de \mathrm{F} (octeto preenchido).
    • O fósforo, além dos 3 pares ligados, receberia os 4 elétrons restantes como dois pares não-ligantes, o que o deixaria com 6 elétrons de ligação + 4 de não-ligantes = 10 elétrons ao redor (isto é, expandiria o octeto).
  • Observação química importante (didática e honesta): flúor, sendo muito eletronegativo e pequeno, quase sempre forma apenas ligações simples (um único par ligante) — ligações múltiplas do tipo \mathrm{F}= ou \mathrm{F}\equiv são, na prática, extremamente raras ou inexistentes. No entanto, entre as alternativas apresentadas, as demais são imediatamente descartadas por causa da soma ímpar de elétrons; portanto, do ponto de vista puramente da contagem de elétrons e como única opção compatível com um esqueleto fechado de pares de elétrons, a alternativa a) é a única viável nas opções dadas.
  • Além disso, fósforo (período 3) pode, em princípio, ter exceções ao octeto (expandir o octeto) porque possui orbital d disponível, então uma estrutura em que o fósforo termine com mais de 8 elétrons não é um absurdo formalmente — embora, repetindo, uma ligação múltipla P≡F seja quimicamente improvável. Mas o exercício pediu previsão com base na valência; pela contagem de elétrons, a única alternativa que não resulta de cara em elétron ímpar é a (a).

Passo 6

Resumo pedagógico e encorajamento: a regra prática e rápida que usei aqui é sempre contar os elétrons de valência totais; se for ímpar, a fórmula literal dada descreve uma espécie com elétron desemparelhado (radical) e normalmente não será a previsão de um composto estável nos problemas introdutórios. Quando só uma alternativa resta com soma par, ela é a escolhida. Se quiser, depois eu complemento mostrando a construção de Lewis para \mathrm{P} e \mathrm{F} em outros arranjos (por exemplo como se obteria \mathrm{PF}_3 ou \mathrm{PF}_5, que são compostos reais), para você entender melhor por que, quimicamente, \mathrm{PF}_3 e \mathrm{PF}_5 são formas mais realistas de combinação P–F do que uma ligação P≡F.

Resposta

(a) \mathrm{P}\equiv\mathrm{F}

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