Dê a hibridização do átomo em negrito da molécula do
e estabeleça o arranjo eletrônico e a geometria dessa molécula, indicando se ela polar ou apolar. Dado de número atômico:
.
Passo 1
O que o enunciado pede e o que foi dado:
- Pede-se a hibridização do átomo em negrito na molécula
. Aqui o átomo em negrito é o enxofre (S), o átomo central da molécula. - Pede-se também o arranjo eletrônico (ou seja: disposição dos pares eletrônicos ao redor do átomo central), a geometria molecular (forma dos átomos ligados) e se a molécula é polar ou apolar.
- Informação fornecida (configurações eletrônicas):
Passo 2
Contagem de elétrons de valência (passo fundamental para montar a estrutura de Lewis).
- Elétrons de valência do enxofre
: na camada 3 tem → elétrons de valência. Escrevemos : elétrons. - Elétrons de valência de cada flúor
: → elétrons de valência por átomo. - Em
há 1 S e 4 F, então total de elétrons de valência:
Passo 3
Montagem da estrutura de Lewis (passo a passo, com contagem de elétrons).
- Coloca-se
no centro e liga-se os quatro por ligações simples . Cada ligação simples usa elétrons. - Elétrons usados nas 4 ligações simples:
Restam elétrons para distribuir como pares livres. - Completar o octeto dos 4 flúor: cada
precisa de 3 pares livres (6 elétrons) além da ligação: Subtraindo: elétrons restantes. - Esses
elétrons restantes formam um par isolado (lone pair) sobre o enxofre . - Conclusão da estrutura de Lewis:
com 4 ligações simples para 4 e 1 par isolado no S. O enxofre, portanto, tem 5 “domínios eletrônicos” ao redor (4 ligações ligantes + 1 par isolado). Observe que aqui o enxofre tem “octeto expandido” (mais de 8 elétrons ao seu redor em termos de contagem formal), o que é possível porque estamos na terceira camada (nível ).
Passo 4
Determinação do arranjo eletrônico (VSEPR) a partir do número de domínios eletrônicos.
- Definição prática: cada ligação simples, dupla, tripla ou par isolado conta como um domínio eletrónico. Aqui há
domínios ligantes + domínio não-ligante = domínios. - Para
domínios a geometria eletrônica (arranjo dos pares eletrônicos) que minimiza repulsões é a trigonal bipiramidal. - Logo, o arranjo eletrônico em torno do enxofre é:
trigonal bipiramidal .
Passo 5
Determinação da hibridização do átomo central (explicação didática do conceito).
- Conceito rápido: hibridização é um modelo que mistura orbitais atômicos (s, p, d, …) para formar um conjunto de orbitais híbridos equivalentes que acomodam os domínios eletrônicos.
- Para acomodar cinco domínios eletrônicos precisamos de cinco orbitais híbridos no átomo central. A combinação natural (modelo clássico) é juntar um orbital
, três e um para formar cinco híbridos do tipo . - Portanto, a hibridização do enxofre em
é . - Observação prática: esse uso de orbitais
é a explicação clássica para o octeto expandido em elementos do terceiro período; modelos quânticos mais avançados discutem a contribuição real dos orbitais , mas para resolver provas de química geral a resposta aceita é .
Passo 6
Determinação da geometria molecular (forma real dos átomos) e posicionamento do par isolado.
- Em geometria trigonal bipiramidal há duas posições diferentes: posições axiais (duas, em linha, opostas) e posições equatoriais (três, formando um triângulo ao redor do centro).
- Regras VSEPR: pares isolados preferem a posição que minimiza repulsões 90°. Um par isolado em posição equatorial tem apenas duas interações de
com átomos axiais, enquanto se estivesse em posição axial teria três interações de com as equatoriais. Portanto o par isolado ocupa uma posição equatorial. - Com um par isolado em posição equatorial e quatro átomos ligados (três equatoriais/um substituído por par isolado → sobram 2 axiais + 3 equatoriais mas um equatorial é o lone pair), a geometria molecular resultante (disposição apenas dos átomos) chama-se “seesaw” em inglês — em português frequentemente descrita como geometria em gangorra ou bipirâmide trigonal distorcida (geometria em gangorra).
- Ângulos aproximados: idealmente a trigonal bipiramidal tem ângulos
entre equatoriais e entre axial e equatorial. Na prática, devido ao par isolado que causa maior repulsão, os ângulos equatorial–equatorial ficam ligeiramente menores que e os ângulos axial–equatorial ficam maiores que . Ou seja: pequena distorção a partir dos valores ideais.
Passo 7
Determinação da polaridade da molécula (por que é polar ou apolar).
- Cada ligação
é polar (o flúor é muito mais eletronegativo que o enxofre), então há dipolos individuais dirigidos do enxofre para cada flúor. - Na disposição axial, os dois dipolos axiais apontam em sentidos opostos e se tendem a cancelar parcialmente; porém os três centros equatoriais (dois ocupados por
e um pela lone pair) não são simetricamente equivalentes por causa do par isolado. O par isolado não é um átomo, mas cria assimetria na distribuição eletrônica. - Essa assimetria impede o cancelamento perfeito dos vetores dipolos; o resultado é um momento dipolar líquido diferente de zero.
- Logo, a molécula
é polar (tem momento dipolar resultante ≠ 0). Em palavras de amigo: a “gangorra” não é simétrica — sobra um lado mais negativo — então dá dipolo.
Passo 8
Resumo final compacto (antes da resposta final): hibridização
; arranjo eletrônico trigonal bipiramidal; geometria molecular em gangorra (seesaw); molécula polar.
Resposta
Hibridização do átomo em negrito (S):
Arranjo eletrônico (disposição dos pares eletrônicos): trigonal bipiramidal
Geometria molecular (átomos apenas): gangorra (seesaw — bipirâmide trigonal distorcida)
Polaridade: polar
Arranjo eletrônico (disposição dos pares eletrônicos): trigonal bipiramidal
Geometria molecular (átomos apenas): gangorra (seesaw — bipirâmide trigonal distorcida)
Polaridade: polar