Indique o tipo de ligação, a polaridade da ligação, a polaridade da molécula, a geometria molecular e a estrutura de Lewis, dos seguintes compostos:
Passo 1
O enunciado pede, para a molécula
, que eu indique:
- o tipo de ligação;
- a polaridade da ligação;
- a polaridade da molécula;
- a geometria molecular;
- a estrutura de Lewis.
Informações iniciais que vamos usar (valência e eletronegatividade):
- Número de elétrons de valência: fósforo
tem elétrons de valência e cada hidrogênio tem . - Elétrons totais de valência em
: . - Eletronegatividades (escala de Pauling, valores aproximados):
e .
Vou construir a resposta passo a passo a partir daí.
Passo 2
Construção da estrutura de Lewis — contagem e distribuição dos elétrons (explicação bem direta para poder reproduzir na prova).
- Contar elétrons de valência (já fizemos):
elétrons de valência no total. Explanação rápida: cada ligação simples usa um par de elétrons (2 elétrons). - Montar ligação P–H: para ligar três hidrogênios ao fósforo são necessárias
ligações simples, ocupando elétrons. - Restam
elétrons que aparecem como um par isolado (lone pair) no átomo central .
Portanto a estrutura de Lewis tem o fósforo no centro ligado por três ligações simples a três hidrogênios e contendo um par isolado.
Passo 3
Desenho e formalização da estrutura de Lewis (explicando como ler):
- Descrição verbal:
no centro com três ligações simples e um par isolado (dois elétrons não ligantes) no . - Em notação compacta (usando TeX para ficar claro): a estrutura de Lewis pode ser representada como
onde os dois pontos antes do indicam o par isolado. - Conferência de cargas formais: cada ligação P–H envolve um par eletrônico compartilhado, atribuindo formalmente carga
a todos os átomos (nenhuma carga formal necessária).
Explicação didática: para calcular carga formal de um átomo, usa-se
. Aqui todas as cargas formais ficam zero.
Passo 4
Geometria eletrônica e geometria molecular — aplicando VSEPR passo a passo (a parte que costuma cair na prova):
- Contar regiões de densidade eletrônica ao redor do átomo central
: há ligações simples (cada uma é uma região) + par isolado = regiões eletrônicas. - Pelo modelo VSEPR,
regiões eletrônicas configuram uma geometria eletrônica tetraédrica (os quatro “pontos” querem se afastar o máximo possível). - A geometria molecular leva em conta somente os átomos ligados (não os pares isolados): com
átomos ligados e par isolado, a geometria molecular é trigonal piramidal. - Ângulo de ligação: o ângulo ideal tetraédrico é
, mas pares isolados ocupam mais espaço e comprimem os ângulos ligados. Em o ângulo é significativamente menor que ; experimentalmente vale aproximadamente (ordem de grandeza: ).
Explicação didática: pares isolados “empurram” mais porque o par não ligante está concentrado mais perto do átomo central, aumentando a repulsão par-par/par-ligante e reduzindo os ângulos ligantes.
Passo 5
Hybridização (o que se costuma escrever na prova e o porquê):
- Pelo modelo simples (VSEPR + hibridização), quatro regiões eletrônicas ao redor do
correspondem a hibridização . Assim, pode-se dizer que o fósforo em é aproximadamente -hibridizado. - Observação prática: no caso de fosfina (
) existe discussão avançada sobre a presença reduzida de hibridização efetiva e caráter maior de orbitais nas ligações P–H (isso explica em parte o ângulo menor). Para a maioria das provas de graduação, aceitar e justificar pela contagem de quatro regiões eletrônicas é suficiente.
Passo 6
Tipo de ligação e polaridade das ligações (com números e critérios simples):
- Definição rápida: ligação covalente = compartilhamento de elétrons; ligação iônica = transferência de elétrons.
- Usei as eletronegatividades para avaliar polaridade de cada ligação P–H: calcular diferença de eletronegatividade
- Critério prático (valores aproximados usados em provas):
→ ligação essencialmente apolar covalente; → ligação polar covalente; → caráter iônico. - Conclusão para P–H:
é praticamente zero, então cada ligação é uma ligação covalente praticamente não polar (apolar).
Explicação curta e amigável: não adianta dizer “apolar” porque P e H têm eletronegatividades diferentes por algumas casas decimais — essa diferença é praticamente nula, então o par eletrônico fica quase exatamente compartilhado.
Passo 7
Polaridade total da molécula — soma vetorial das contribuições (ensinar como raciocinar na prova):
- Mesmo que cada ligação P–H seja praticamente apolar, a molécula pode ser polar se a distribuição de elétrons não for simétrica. Aqui a geometria trigonal piramidal não é simétrica como um triângulo plano; existe um par isolado no
que cria uma região de maior densidade eletrônica voltada para um lado. - O par isolado confere assimétrica na nuvem eletrônica: o efeito líquido é um dipolo resultante apontando do conjunto de hidrogênios para o fósforo (ou dito de outro modo, o fósforo fica ligeiramente negativo em relação aos hidrogênios).
- Portanto a molécula
é polar — tem momento dipolar diferente de zero. Valor experimental do momento dipolar: aproximadamente
(D = Debye). É um valor pequeno comparado à
, mas não é nulo.
4) Explicação intuitiva para prova: mesmo com ligações pouco polares, o par isolado gera assimetria e resulta em dipolo.
4) Explicação intuitiva para prova: mesmo com ligações pouco polares, o par isolado gera assimetria e resulta em dipolo.
Passo 8
Resumo interpretativo e dicas práticas para a prova (o que escrever rapidinho):
- Ao ver
: conte elétrons, faça três ligações simples, coloque o par isolado no fósforo; escreva “geometria eletrônica tetraédrica / geometria molecular trigonal piramidal”; diga “ligações P–H covalentes apolares (Δχ≈0,01)”; diga “molécula polar (momento dipolar ≠0, )”. - Dica de memorização: pares isolados importam mais para a forma e polaridade do que a “simetria dos átomos” quando as ligações são pouco polares.
Resposta
Tipo de ligação: ligações covalentes simples
(sigma).
Polaridade da ligação: praticamente apolar (diferença de eletronegatividade ).
Polaridade da molécula: polar (momento dipolar experimental ).
Geometria molecular: trigonal piramidal (geometria eletrônica tetraédrica; ângulo aproximadamente
).
Estrutura de Lewis: fósforo central com três ligações simples a hidrogênios e um par isolado, por exemplo representada como (todas as cargas formais =
).
Polaridade da ligação: praticamente apolar (diferença de eletronegatividade
Polaridade da molécula: polar (momento dipolar experimental
Geometria molecular: trigonal piramidal (geometria eletrônica tetraédrica; ângulo
Estrutura de Lewis: fósforo central com três ligações simples a hidrogênios e um par isolado, por exemplo representada como