As moléculas empíricas
e
são, respectivamente, quadrado planar e tetraédrica. (a) Explique por que isso ocorre. (b) Existem ligações sigma (
) e pi (п)? Quantas? (c) Qual a hibridização dos átomos centrais? (d) Essas moléculas são polares ou apolares? Explique.
Número atômico (Z) dos átomos
,
e
.
Número atômico (Z) dos átomos
Passo 1
O enunciado dá as moléculas
e
com números atômicos:
,
e
. Identificando os elementos:
-
é bromo . -
é boro . -
é flúor cada é .
O enunciado pede:
(a) explicar por que é quadrado planar e
é tetraédrica;
(b) dizer se há ligações sigma ( ) e pi (
), e quantas;
(c) hibridização dos átomos centrais e
;
(d) se as moléculas são polares ou apolares, com explicação.
(a) explicar por que
(b) dizer se há ligações sigma (
(c) hibridização dos átomos centrais
(d) se as moléculas são polares ou apolares, com explicação.
Passo 2
Conceitos fundamentais (passo-a-passo, sem pular):
- VSEPR (teoria da repulsão de pares de elétrons da camada de valência) diz que a geometria ao redor do átomo central é determinada pelo número de “domínios eletrônicos” (pares de ligação + pares isolados) ao redor dele. Domínios se organizam para minimizar repulsões.
- “Número estérico” = número de domínios eletrônicos ao redor do átomo central.
- Se número estérico =
→ geometria eletrônica tetraédrica; se não há pares isolados, a geometria molecular é tetraédrica. - Se número estérico =
→ geometria eletrônica octaédrica; dependendo da posição dos pares isolados a geometria molecular pode ser octaédrica, quadrado planar, etc.
- Se número estérico =
- Hibridização tradicional: número estérico
→ usa-se híbridos que expliquem domínios (ex.: ; ). - Ligações simples normais são
; ligações aparecem quando há sobreposição lateral de orbitais p (ou d) formando ligações múltiplas ( 1 ligação entre dois átomos). Em haletos de flúor com ligação simples central–F, normalmente há só .
Passo 3
Determinar a estrutura eletrônica e pares na
( passo detalhado com contagem de elétrons tipo Lewis):
- Contagem de elétrons totais: B tem
elétrons de valência; cada F tem ; carga adiciona elétron.
Totalelétrons? Atenção: rever cálculo corretamente: . (Obs.: há convenção alternativa que dá 8 elétrons no entorno de B na estrutura final, ver abaixo.) - Montagem de Lewis (prático): normalmente coloca-se 4 ligações B–F (4 pares ligantes =
elétrons), depois completa-se octeto dos flúors: cada F precisa de 3 pares isolados = elétrons. Soma: elétrons — isso usa todos os elétrons disponíveis. Restam elétrons para pares no B. Logo B tem 4 pares ligantes e 0 pares isolados. - Portanto número estérico em B =
(4 domínios de ligação), geometria eletrônica tetraédrica e geometria molecular tetraédrica. Isso explica por que é tetraédrica.
Comentário físico simples: o boro (2ª série) não expande octeto; aqui ele atinge formalmente uma carga
com quatro ligações simples (estrutura estabilizada pela distribuição de cargas). Em termos de formal charge:
, flúors neutros, anião global
.
Passo 4
Determinar a estrutura eletrônica e pares na
(contagem Lewis completa):
- Contagem total de elétrons: Br tem
elétrons de valência; cada F tem ; carga adiciona elétron.
Total =elétrons. - Coloca-se quatro ligações Br–F (consomem
elétrons). Depois completa-se octeto dos 4 F: elétrons. Soma até agora: . Restam elétrons, que vão como pares isolados no Br: isso dá pares isolados no Br. - Assim Br tem 4 pares ligantes + 2 pares isolados = total
domínios eletrônicos. Geometria eletrônica = octaédrica. Com 2 pares isolados ocupando posições opostas (minimizando repulsão), a geometria molecular resultante é quadrado planar (os 4 F ocupam um plano formando um quadrado; os 2 pares isolados ficam em posições axiais opostas). - Essa é a razão lógica: contagem de pares de elétrons → 6 domínios → pares isolados se posicionam trans (opostos) → molécula com 4 ligantes equatoriais formando um quadrado → quadrado planar.
Passo 5
Resumo VSEPR e observações adicionais (didática):
- Para decidir se pares isolados ficam opostos: em geometria octaédrica dois pares isolados preferem posições trans para minimizar repulsão par–par; posição trans dá simetria D4h que leva ao quadrado planar.
- Exemplo mental: imagine um dado (octaedro); se retirar dois vértices opostos (pares isolados), os quatro restantes no equador formam um quadrado.
Passo 6
Quantidade de ligações
e
:
- Definição rápida: ligação
é a primeira ligação entre dois átomos (sobreposição frontal); ligação surge em ligações duplas/triplas (sobreposição lateral de orbitais p, por exemplo). - Em
: há quatro ligações B–F simples → cada ligação é uma . Número de : . Número de : . - Em
: há quatro ligações Br–F simples → cada ligação é uma . Número de : . Número de : . - Comentário sobre “hipervalência” (Br): historicamente se usava orbitais
para explicar ligação extra; atualmente muitos descrevem hipervalência por modelos de orbitais moleculares e ligações três-centro/quatro-elétron, mas isso não implica ligações formais entre Br–F. Então, responder direto: só s, nenhuma .
Passo 7
Hibridizações (explicação e aplicação):
- Regra prática (hibridização clássica): o número estérico dá a hibridização aproximada.
- Número estérico
. - Número estérico
(também escrito ou , mostra mistura de um s, três p e dois d para formar seis híbridos octaédricos).
- Número estérico
- Aplicando:
- Em
: número estérico em B = → hibridização . - Em
: número estérico em Br = → hibridização clássica .
- Em
- Observação didática: para átomos de 2ª período (B) não há orbitais d disponíveis; para Br (4ª período) d existe, daí a convenção
. Também é válido mencionar que a descrição moderna por teoria de orbitais moleculares pode não requerer preenchimento de d na prática; porém para exercícios de química geral a resposta esperada é a hibridização acima.
Passo 8
Polaridade (explicação com simetria e cancelamento de dipolos):
- Dipolo molecular total é o vetor soma das dipolos das ligações. Se a molécula for simétrica com ligantes idênticos posicionados de modo que dipolos se cancelem, a molécula é apolar (mesmo que tenha carga total, o momento dipolar vetorial pode ser zero).
-
: geometria tetraédrica com quatro F idênticos dispostos simetricamente → os vetores dipolo B–F cancelam → momento dipolar resultante → molécula apolar (o íon tem carga total mas é isotrópico em dipolo). -
: geometria quadrado planar (D4h), quatro F no plano formando um quadrado e dois pares isolados trans. Por simetria, os dipolos das quatro ligações Br–F se cancelam no plano → momento dipolar resultante → molécula apolar. - Conclusão: ambas apolares em termos de momento dipolar vetorial (mesmo ambas sendo ânions com carga total
).
Passo 9
Recapitulando pontos úteis para prova (mini-guia que pode ser usado em questões parecidas):
- Fazer contagem total de elétrons e montar Lewis: coloque ligações, complete octetos dos halogênios, e veja quantos elétrons sobraram para o átomo central → número de pares isolados no central.
- Número estérico = pares ligantes + pares isolados → usar VSEPR para geometria eletrônica, depois deduzir geometria molecular.
- Número estérico → hibridização clássica (4 →
; 6 → ). - Sempre verificar simetria para julgar polaridade (tetraédrica e quadrado planar com ligantes idênticos são apolares).
Resposta
(a)
é quadrado planar porque, pela contagem de elétrons de Lewis, Br tem 4 pares ligantes e 2 pares isolados (6 domínios) → geometria eletrônica octaédrica com 2 pares isolados trans → geometria molecular quadrado planar.
é tetraédrica porque B tem 4 pares ligantes e 0 pares isolados (4 domínios) → geometria tetraédrica.
(b) Em ambas as espécies há somente ligações
; número de
s =
em cada molécula; número de
s =
.
(c) Hibridização do átomo central:
(Br em
) ≈
.
(B em
) =
.
(d) Ambas são apolares (momento dipolar vetorial zero):
por simetria tetraédrica;
por simetria quadrado planar (D4h).