Qual geometria molecular você esperaria para as espécies:
\mathrm{BF}_{4}{ }^{-}

Passo 1

Enunciado: determinar a geometria molecular da espécie \mathrm{BF}_4^{-}.
O que é pedido: qual geometria molecular (arranjo dos átomos) que eu esperaria para \mathrm{BF}_4^{-}.
Informações dadas ou óbvias no enunciado:
  • A espécie é \mathrm{BF}_4^{-}.
  • O átomo central é o boro (B) e há quatro átomos de flúor (F) ligados a ele.
  • A espécie tem carga global -1.

Passo 2

Escolha do método e por quê (explicação curta): vou usar o modelo de repulsão dos pares eletrônicos da camada de valência (VSEPR). Esse método é o mais direto para prever geometria molecular quando sabemos quantos pares de elétrons estão ao redor do átomo central — é o que se usa normalmente em questões de provas para moléculas como essa. Vou explicar o VSEPR passo a passo enquanto aplico.

Passo 3

Conceito básico de VSEPR (aula rápida e simples): a ideia é que os pares eletrônicos (pares de ligação e pares isolados) ao redor do átomo central se repelem e se acomodam no espaço de forma a minimizar a repulsão. Cada “domínio eletrônico” (um par de ligação simples ou um par isolado) conta como uma região de densidade eletrônica. A geometria eletrônica depende do número de domínios; a geometria molecular descreve a posição dos átomos (ou seja, dos domínios que são ligações). Exemplos simples: se há 4 domínios e nenhum par isolado, a geometria eletrônica é tetraédrica e a geometria molecular também é tetraédrica (ex.: \mathrm{CH}_4).

Passo 4

Contagem dos elétrons de valência (parte prática importante): precisamos saber quantos elétrons de valência tem a espécie para desenhar a estrutura de Lewis.
  • Boro tem 3 elétrons de valência: \mathrm{B} \to 3.
  • Cada flúor tem 7 elétrons de valência: \mathrm{F} \to 7. Para quatro F: 4\times7=28.
  • Há uma carga negativa -1, ou seja, mais 1 elétron no total.
Agora somamos:
\text{elétrons de valência totais} = 3 + 28 + 1 = 32.éê

Passo 5

Construção da estrutura de Lewis (passo a passo): normalmente conectamos o átomo central (B) aos quatro F com ligações simples, porque faz sentido estereoquimicamente e usa elétrons de forma eficiente.
  • Cada ligação simples usa 2 elétrons. Quatro ligações usam 4\times2=8 elétrons.
  • Dos 32 elétrons totais, 8 foram usados em ligações; sobram 32-8=24 elétrons.
  • Esses 24 elétrons são distribuídos como pares isolados nos átomos de flúor para completar seus octetos. Cada F precisa de 3 pares (6 elétrons) além do par de ligação; para 4 F isso é 4\times6=24, exatamente o que sobrou.
  • Logo, cada F fica com 3 pares isolados + 1 ligação ao B; o B fica ligado a 4 F e não possui pares isolados.
Portanto, na estrutura de Lewis, há 4 domínios eletrônicos (4 pares de ligação) ao redor do B e 0 pares isolados no B.

Passo 6

Determinação da geometria via VSEPR: com 4 domínios eletrônicos e 0 pares isolados no átomo central, a geometria eletrônica é tetraédrica e a geometria molecular (posição dos átomos) também é tetraédrica. Em VSEPR, 4 domínios sem pares isolados -> tetraedro.
Angulação: os ângulos de ligação ideais em uma tetraedro são aproximadamente 109{,}5^\circ.

Passo 7

Verificação adicional com cargas formais (por que a estrutura faz sentido): é bom checar se a estrutura é razoável em termos de cargas formais.
  • Para o B: valência =3; na estrutura ele participa de 4 ligações (contando cada ligação como 1 elétron para o B no cálculo simplificado de cargas formais), então carga formal do B = 3 - 4 = -1.
  • Para cada F: valência =7; possui 6 elétrons não-ligantes + 1 elétron de ligação, então carga formal do F = 7 - (6+1) = 0.
    Soma das cargas formais = -1, que coincide com a carga total da espécie. Isso confirma que a estrutura com 4 ligações simples é a representação correta e consistente.

Passo 8

Comparação e intuição (exemplos para fixar): um exemplo parecido é \mathrm{CH}_4 — carbono central com 4 ligações simples e sem pares isolados também é tetraédrico. Outra comparação útil: \mathrm{BF}_3 (sem o íon) tem 3 domínios e é trigonal plana; ao ganhar um F e um elétron formando \mathrm{BF}_4^{-}, passamos de 3 para 4 domínios e a geometria muda para tetraédrica.

Passo 9

Resumo final do raciocínio (rápido e motivador): contamos elétrons, desenhamos a estrutura de Lewis; B tem 4 ligações e nenhum par isolado -> 4 domínios -> geometria tetraédrica; ângulos ~ 109{,}5^\circ. Dá para confiar nisso em provas — passos: contar elétrons, colocar ligações, completar octetos, checar pares isolados no átomo central, aplicar VSEPR.

Resposta

Tetraédrica, com ângulos de ligação aproximadamente 109{,}5^\circ.

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