6- Indique o conjunto de orbitais híbridos usados pelo átomo central em cada um dos seguintes íons e moléculas:
. Sugira um esquema de hibridização para o átomo central indicando quais orbitais são utilizados pelos pares isolados, os que são utilizados para formar ligações sigma (
) e para formar ligações pi
, quando for
caso.
Passo 1
Você me pediu para, para cada uma das espécies abaixo, indicar o conjunto de orbitais híbridos usados pelo átomo central e sugerir um esquema de hibridização mostrando quais orbitais são usados pelos pares isolados, quais formam as ligações sigma
e quais participam de ligações pi
, quando houver. As espécies são:
,
,
,
e
.
Informações relevantes dadas pelo enunciado (implícitas nas fórmulas):
- Em cada caso o átomo central é o primeiro elemento da fórmula:
. - Devemos indicar a hibridização do átomo central e distribuir quais orbitais são ocupados por pares isolados, por orbitais que formam ligações
e por orbitais que formam ligações (quando existirem). - Consideraremos a abordagem de hibridização padrão (VSEPR + mistura de orbitais atômicos
conforme o número de domínios eletrônicos).
Passo 2
Rápida aula sobre como determinar hibridização (meta: você consiga reproduzir isso na prova)
- Fazer a estrutura de Lewis do centro (ou, quando já conhecida, contar regiões de densidade eletrônica ao redor do átomo central). Uma “região” ou “domínio eletrônico” é: uma ligação simples, uma ligação múltipla (dupla/tripla conta como 1 domínio) ou um par isolado.
- Usar a correspondência domínio → hibridização (abordagem usual e prática):
- 2 domínios →
(geometria linear) - 3 domínios →
(trigonal planar) - 4 domínios →
(tetraédrica) - 5 domínios →
(trigonal bipiramidal, explica AX5/AX2E3, etc.) - 6 domínios →
(octaédrica)
- 2 domínios →
- Como associar orbitais híbridos a funções:
- Pares isolados ocupam alguns dos orbitais híbridos (normalmente aqueles com maior caráter
quando energeticamente favorável, e em VSEPR ficam onde minimizam repulsão). - Cada ligação
é formada por sobreposição de um orbital híbrido (do central) com um orbital do ligante (por ex. , ou híbrido). - Se houver duplas, a componente
vem de orbitais não hibridizados no átomo central que se sobrepõem lateralmente com orbitais do outro átomo. Portanto, ligações normalmente usam orbitais que ficaram não-hibridizados.
- Pares isolados ocupam alguns dos orbitais híbridos (normalmente aqueles com maior caráter
- Observação prática: para elementos de período 3 ou maior (ex.: Al, P, Kr, etc.) às vezes se invoca orbitais
para explicar hibridização ou . Em provas de química geral é aceitável usar essa descrição clássica; hoje há discussões mais modernas, mas a descrição clássica funciona para resolver exercícios de geometria e contagem de orbitais.
Passo 3
- Estrutura e contagem de domínios: o boro central tem três ligações simples a três átomos de cloro e nenhum par isolado. Então são
domínios eletrônicos. - Geometria esperada: trigonal planar.
- Hibridização pelo mapa domínio→hibridização:
. - Distribuição de orbitais:
- Orbitais híbridos usados nas ligações
: três orbitais do B formam as três ligações com os dos cloros (um para cada ligação). - Pares isolados no B: nenhum.
- Orbitais
: o B tem um orbital não hibridizado (perpendicular ao plano) cuja ocupação formal é zero (pode estar vazio). Esse não-hibridizado pode aceitar densidade eletrônica (é importante para comportamento ácido de Lewis de ) ou participar de interações com ligantes se houver doação. Portanto: — há um não-hibridizado (vazio) disponível, mas não há ligações formais em como dupla ligação.
- Orbitais híbridos usados nas ligações
Passo 4
- Estrutura e contagem: o alumínio está ligado a quatro cloros por ligações simples; o íon tem carga
(um elétron adicional no total), mas no centro Al forma 4 ligações e tipicamente não tem pares isolados no átomo central. Assim temos domínios eletrônicos ao redor do Al. - Geometria: tetraédrica (todas as ligações equivalentes).
- Hibridização:
. - Distribuição de orbitais:
- Orbitais híbridos usados nas ligações
: quatro orbitais do Al, cada uma formando uma ligação com um orbital do Cl. - Pares isolados no Al: nenhum (os quatro híbridos estão ocupados por ligações).
-
: nenhuma ligação envolvendo Al central neste íon.
- Orbitais híbridos usados nas ligações
Passo 5
- Estrutura e contagem: carbono central ligado a dois enxofres por duplas (S=C=S); cada dupla conta como 1 domínio, então são
domínios eletrônicos. - Geometria: linear.
- Hibridização:
. - Distribuição de orbitais:
- Orbitais híbridos usados nas ligações
: dois orbitais do C formam as duas ligações com os S (um para cada ligação). - Pares isolados no C: nenhum.
- Orbitais
: sobram dois orbitais perpendiculares entre si no C (não-hibridizados). Cada um desses participa de uma sobreposição lateral com um orbital do enxofre, formando assim as duas ligações (uma por cada dupla). Em resumo: cada ligação C=S = 1 (dos ) + 1 (dos não-hibridizados).
- Orbitais híbridos usados nas ligações
Passo 6
- Estrutura e contagem: krypton central com duas ligações simples a flúor e três pares isolados (configuração esperada:
domínios: ligantes + pares isolados). Essa é a estrutura típica do difluoreto de gases nobres. - Geometria eletrônica: trigonal bipiramidal; geometria molecular: linear (os três pares isolados ocupam posições equatoriais para minimizar repulsões e os F ocupam posições axiais opostas).
- Hibridização:
(descrição clássica usando um orbital do nível de valência para formar cinco híbridos). - Distribuição de orbitais:
- Orbitais híbridos do tipo
: são cinco híbridos no átomo central. - Pares isolados: três dos híbridos
estão ocupados por pares isolados (essas ocupações estarão preferencialmente nas posições equatoriais — posição de menor repulsão). - Ligações
: os dois híbridos restantes formam as duas ligações com os dois átomos de F (posições axiais opostas). -
: não há ligações envolvendo o Kr central neste composto (ligações são simples ). Observação: existe discussão avançada sobre se o uso de orbitais é a melhor descrição; para a prova e VSEPR, a descrição é a aceita.
- Orbitais híbridos do tipo
Passo 7
- Estrutura e contagem: fósforo central ligado a seis átomos de fluoreto, sem pares isolados no átomo central. Total
domínios eletrônicos. (o ânion é o hexafluorofosfato, muito comum: geometria octaédrica). - Geometria: octaédrica.
- Hibridização:
(às vezes escrito ; ambas as notações indicam seis híbridos equivalentes). - Distribuição de orbitais:
- Orbitais híbridos usados nas ligações
: seis orbitais do P, cada um formando uma ligação com um F. - Pares isolados: nenhum no átomo central.
-
: formalmente não há ligações P–F no octaedro; as ligações são predominantemente . (Discussões avançadas admitem contribuição de interação p–d, mas não é necessário para o escopo de hibridização básica.)
- Orbitais híbridos usados nas ligações
Passo 8
- Para resolver rápido na prova: desenhe rapidamente a estrutura de Lewis do central, conte domínios (cada ligação múltipla conta como 1), use a tabela domínio→hibridização e então distribua os híbridos: primeiro coloque pares isolados nos híbridos disponíveis para minimizar repulsão (VSEPR) e ligantes nos restantes; se houver duplas, reserve orbitais
não-hibridizados para as . - Exemplo extra: ácido bórico
é análogo a : no B, p não-hibridizado vazio.