Dê a hibridização do átomo central de cada uma das espécies a seguir e diga qual sua geometria.
Passo 1
O enunciado pede duas coisas para a espécie
: a) a hibridização do átomo central; b) a geometria da molécula.
Informações dadas/óbvias no enunciado: a molécula é , ou seja, contém um átomo de nitrogênio ligado a três átomos de hidrogênio.
Informações dadas/óbvias no enunciado: a molécula é
Passo 2
Conte os elétrons de valência do conjunto (isso é o que usamos para montar a estrutura de Lewis).
Explanação rápida e necessária: elétrons de valência são os elétrons na camada externa do átomo, os que participam de ligações químicas. Para montar estruturas, somamos os elétrons de valência de cada átomo.
Cálculo para : o nitrogênio tem 5 elétrons de valência e cada hidrogênio tem 1. Assim,
Explanação rápida e necessária: elétrons de valência são os elétrons na camada externa do átomo, os que participam de ligações químicas. Para montar estruturas, somamos os elétrons de valência de cada átomo.
Cálculo para
temos
elétrons de valência no total, ou seja,
pares eletrônicos.
Passo 3
Monte a estrutura de Lewis (passo a passo):
Explicação do método: para moléculas simples colocamos o átomo menos eletronegativo no centro (exceto H que nunca é central) e ligamos os demais por ligações simples inicialmente; cada ligação simples usa um par de elétrons (um par por ligação). Depois distribuímos os elétrons restantes como pares isolados (lone pairs) para completar octetos (quando aplicável).
Aplicando em : coloque o
no centro e faça três ligações simples
. Essas três ligações consomem
pares =
elétrons. Como tínhamos
pares no total, sobra
par que ficará como par isolado no nitrogênio.
Resultado: estrutura com três ligações N–H (cada uma um par compartilhado) e um par isolado (lone pair) no N.
Explicação do método: para moléculas simples colocamos o átomo menos eletronegativo no centro (exceto H que nunca é central) e ligamos os demais por ligações simples inicialmente; cada ligação simples usa um par de elétrons (um par por ligação). Depois distribuímos os elétrons restantes como pares isolados (lone pairs) para completar octetos (quando aplicável).
Aplicando em
Resultado: estrutura com três ligações N–H (cada uma um par compartilhado) e um par isolado (lone pair) no N.
Passo 4
Conte os “domínios” eletrônicos (steric number) ao redor do átomo central — esse passo conecta Lewis à hibridização.
Explicação do conceito: um domínio eletrônico é uma região de densidade eletrônica que pode ser uma ligação simples, dupla, tripla (cada uma conta como um domínio para geometria) ou um par isolado. A hibridização costuma ser determinada pelo número de domínios ao redor do átomo central.
Para em
: temos
ligações σ (cada N–H é uma ligação σ) +
par isolado =
domínios eletrônicos. Assim o steric number é
.
Explicação do conceito: um domínio eletrônico é uma região de densidade eletrônica que pode ser uma ligação simples, dupla, tripla (cada uma conta como um domínio para geometria) ou um par isolado. A hibridização costuma ser determinada pelo número de domínios ao redor do átomo central.
Para
Passo 5
Relacione steric number com hibridização.
Tabela curta e explicativa (conceito):
Tabela curta e explicativa (conceito):
- steric number
→ - steric number
→ - steric number
→
Aqui, steric numberimplica hibridização .
Pequena aula sobre hibridização: hibridização é um modelo para explicar como orbitais atômicos (um orbitale três , por exemplo) se combinam para formar novos orbitais híbridos de energia e forma adequada para formar ligações. No caso ocorre mistura de um orbital com três orbitais formando quatro orbitais equivalentes dirigidos geometricamente de modo a maximizar o afastamento (orientação tetraédrica).
Passo 6
Determine a geometria eletrônica e a geometria molecular.
Explicação da diferença: geometria eletrônica considera todas as regiões de densidade eletrônica (ligações + pares isolados); geometria molecular descreve apenas a posição dos átomos (ignora pares isolados).
Com domínios, a geometria eletrônica ideal é a tetraédrica. Como um desses quatro domínios é um par isolado, a geometria molecular (posição dos átomos H) é uma pirâmide trigonal (trigonal pyramidal): três H formam a base triangular e o N com o lone pair fica na posição superior — a forma é de pirâmide com base triangular.
Explicação da diferença: geometria eletrônica considera todas as regiões de densidade eletrônica (ligações + pares isolados); geometria molecular descreve apenas a posição dos átomos (ignora pares isolados).
Com
Passo 7
Ângulo de ligação e efeito do par isolado.
Explicação conceitual: o par isolado ocupa um orbital híbrido e exerce uma repulsão maior sobre os orbitais de ligação do que um par de ligação exerce sobre outro par de ligação. Isso comprime um pouco os ângulos H–N–H em relação ao ângulo tetraédrico ideal .
Valor prático: para o ângulo H–N–H é aproximadamente
. Para comparar e fixar: em
(quatro ligações, sem lone pair) o ângulo é
; em
(dois pares isolados, steric number 4 também) o ângulo é menor ainda, cerca de
.
Explicação conceitual: o par isolado ocupa um orbital híbrido e exerce uma repulsão maior sobre os orbitais de ligação do que um par de ligação exerce sobre outro par de ligação. Isso comprime um pouco os ângulos H–N–H em relação ao ângulo tetraédrico ideal
Valor prático: para
Passo 8
Resumo final do raciocínio (rápido): somamos elétrons de valência (8 → 4 pares), montamos Lewis (3 ligações + 1 par isolado no N), contamos domínios (3 ligações σ + 1 par isolado = 4), isso leva a hibridização
e geometria molecular pirâmide trigonal, com ângulo aproximado
.