Qual das moléculas a seguir tem ângulo de ligação tetraédrico?
\begin{array}{lllllll} \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} & \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+} & { }^{+} \mathrm{CH}_{3} & \mathrm{BF}_{3} & \mathrm{NH}_{3} & { }^{+} \mathrm{NH}_{4} & { }^{-} \mathrm{CH}_{3} \end{array}

Passo 1

O enunciado pergunta qual das moléculas abaixo tem ângulo de ligação tetraédrico:
\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}, \mathrm{H}_{3}\mathrm{O}^{+}, \mathrm{CH}_{3}^{+}, \mathrm{BF}_{3}, \mathrm{NH}_{3}, \mathrm{NH}_{4}^{+}, \mathrm{CH}_{3}^{-}.
Vou listar claramente o que é pedido: identificar, entre essas espécies, qual apresenta geometria molecular com ângulo de ligação tetraédrico (isto é, ângulo entre ligações aproximadamente 109{,}5^\circ).

Passo 2

Breve aula de VSEPR (sem pular etapas): como decidir geometria molecular a partir da contagem de domínios eletrônicos ao redor do átomo central.
  • Definição prática: um “domínio eletrônico” = uma ligação simples (par de elétrons de ligação) ou um par isolado (lone pair) ligado ao átomo central. Ligações múltiplas contam como um domínio cada.
  • Regra básica VSEPR: os domínios eletrônicos se organizam de modo a se repelirem o mínimo possível; a geometria eletrônica é determinada pelo número total de domínios, e a geometria molecular depende de quantos desses domínios são pares isolados versus pares ligantes.
  • Geometrias relevantes:
    • Se o átomo central tem 4 domínios eletrônicos e nenhum par isolado, a geometria molecular é tetraédrica e os ângulos de ligação são aproximadamente 109{,}5^\circ.
    • Se há 4 domínios com 1 par isolado, a forma é trigonal piramidal (ângulo menor que 109{,}5^\circ).
    • Se há 4 domínios com 2 pares isolados, a forma é angular/curvada (bent), etc.
  • Observação importante: às vezes a “geometria eletrônica” é tetraédrica (quando há 4 domínios), mas a “geometria molecular” (a posição real dos átomos) pode ser diferente se houver pares isolados — nesse caso os ângulos entre ligações não serão os 109{,}5^\circ ideais.
Agora, com essa regra na cabeça, vamos aplicar passo a passo a cada espécie.

Passo 3

Aplicação VSEPR molécula a molécula (contando domínios eletrônicos no átomo central, determinando geometria molecular e dizendo se o ângulo é tetraédrico):
  1. \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}
  • Átomo central: oxigênio.
  • Ligações: 2 ligações \Rightarrow 2 domínios ligantes.
  • Pares isolados no O: 2 pares isolados.
  • Total de domínios: 2+2=4. Geometria eletrônica: tetraédrica.
  • Geometria molecular: curvada (bent) por causa dos 2 pares isolados.
  • Ângulo de ligação típico: \approx 104{,}5^\circ, ou seja, NÃO é tetraédrico ( 109{,}5^\circ).
  1. \mathrm{H}_{3}\mathrm{O}^{+} (hidronio)
  • Átomo central: oxigênio.
  • Ligações: 3 ligações \Rightarrow 3 domínios ligantes.
  • Pares isolados: 1 par isolado.
  • Total de domínios: 3+1=4. Geometria eletrônica: tetraédrica.
  • Geometria molecular: trigonal piramidal (devido a 1 par isolado).
  • Ângulo de ligação típico: maior que em \mathrm{H}_2\mathrm{O}, por exemplo \sim 113^\circ (mas ainda NÃO é o ideal tetraédrico).
  1. \mathrm{CH}_{3}^{+} (carbocátion metílico)
  • Átomo central: carbono.
  • Ligações: 3 ligações sigma; existe um orbital vazio (carbocátion).
  • Pares isolados: 0.
  • Total de domínios: 3. Geometria: trigonal planar.
  • Ângulo de ligação: \approx 120^\circ. NÃO é tetraédrico.
  1. \mathrm{BF}_{3}
  • Átomo central: boro.
  • Ligações: 3 ligações, pares isolados: 0.
  • Total de domínios: 3 → trigonal planar.
  • Ângulo de ligação: \approx 120^\circ. NÃO é tetraédrico.
  1. \mathrm{NH}_{3}
  • Átomo central: nitrogênio.
  • Ligações: 3 ligações \Rightarrow 3 domínios ligantes.
  • Pares isolados: 1 par isolado.
  • Total de domínios: 4. Geometria eletrônica: tetraédrica.
  • Geometria molecular: trigonal piramidal.
  • Ângulo de ligação: \approx 107^\circ. NÃO é tetraédrico.
  1. \mathrm{NH}_{4}^{+} (íon amônio)
  • Átomo central: nitrogênio.
  • Ligações: 4 ligações, pares isolados: 0.
  • Total de domínios: 4. Geometria: tetraédrica (molecular = eletrônica).
  • Ângulo de ligação: \approx 109{,}5^\circ. Este SIM é tetraédrico.
  1. \mathrm{CH}_{3}^{-} (ânion metil)
  • Átomo central: carbono.
  • Ligações: 3 ligações ligantes.
  • Pares isolados: 1 par isolado (o elétron extra).
  • Total de domínios: 4. Geometria eletrônica: tetraédrica.
  • Geometria molecular: trigonal piramidal (como \mathrm{NH}_3).
  • Ângulo de ligação: perto de 109{,}5^\circ mas alterado por presença do par isolado; de qualquer forma, a disposição dos átomos NÃO é a de um tetraedro perfeito com 4 ligantes (a posição dos átomos é piramidal), portanto NÃO classifica como geometria molecular tetraédrica.

Passo 4

Conclusão interpretativa e dica prática para a prova:
  • Regra curta para reconhecer tetraédrica: o átomo central deve ter exatamente 4 domínios eletrônicos e ZERO pares isolados (isto é, deve ligar a quatro átomos e não ter lone pairs).
  • Aplicando isso à lista, apenas \mathrm{NH}_{4}^{+} satisfaz: nitrogênio com 4 ligações e nenhum par isolado → geometria molecular tetraédrica, ângulo \approx 109{,}5^\circ.
Vai dar certo na prova — lembra: conta domínios, veja pares isolados e aplique VSEPR. Você já tem a resposta final na mão!

Resposta

\mathrm{NH}_{4}^{+}

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