5- ( 1,0 ponto) No
, o comprimento de ligação B-F é 130 pm , mas no
é aproximadamente 145 pm . Explique as diferenças nos comprimentos de ligação.
Passo 1
O enunciado dá as seguintes informações e pede uma explicação:
- Dados fornecidos:
- No composto
o comprimento de ligação B–F é . - No ânion
o comprimento de ligação B–F é aproximadamente .
- No composto
- Pergunta: explicar por que esses comprimentos de ligação são diferentes (por que as ligações em
são mais curtas que em ).
Passo 2
Desenho rápido das estruturas de Lewis (o que cada espécie tem em termos de elétrons de valência):
- Para
: boro (B) tem 3 elétrons de valência e está ligado a três fluoretos (F). A estrutura de Lewis mínima mostra B com três ligações simples e sem par isolado: cada F tem três pares não-ligantes. Assim, B fica com menos de oito elétrons (octeto incompleto). - Para
: temos um boro ligado a quatro fluoretos, e a carga total é . Assim, B forma quatro ligações e tem o octeto completo. A carga negativa global está presente no ânion.
Observação prática: eu peguei os valores de comprimento de ligação do enunciado (
e
).
Passo 3
Hybridização e geometria — como isso afeta comprimento de ligação:
- Em
o B está ligado a 3 átomos e, para acomodar três ligações, costuma-se descrever B como híbrido (geometria trigonal plana). Em a participação de caráter s é maior que em : -
tem de caráter s ( ). -
tem de caráter s ( ).
-
- Ligações formadas por orbitais com maior teor s tendem a ser mais curtas porque orbitais s têm maior densidade eletrônica mais próxima do núcleo. Portanto, uma contribuição: um B ligado por orbitais
tenderá a formar ligações um pouco mais curtas que se estivesse em .
Passo 4
Conceito fundamental: pπ–pπ (ou “backbonding” / doação de par) entre F e B em
:
- Em
o boro está eletrônico-deficiente (tem só 6 elétrons no entorno), logo possui um orbital p vazio (2p) que pode aceitar densidade eletrônica. - Os átomos de flúor têm pares não-ligantes em orbitais p que podem se sobrepor lateralmente com o orbital p vazio do boro, estabelecendo uma interação tipo π (doação de um par π do F para o B). Essa interação é chamada pπ–pπ ou “resonance/pπ donation”.
- O efeito prático é que cada ligação B–F em
adquire caráter parcial de dupla ligação (ou seja, há ressonância entre formas em que parte da densidade aparece como uma B=F parcial). Ligações com caráter múltiplo são mais curtas e mais fortes — por isso o valor menor, .
Explicando de modo concreto e sem jargão: em
os fluoros “emprestam” um pouco da sua densidade eletrônica para o boro vazio, aproximando os núcleos e encurtando a ligação.
Passo 5
Por que esse efeito some (ou diminui muito) em
:
- Em
o boro já tem quatro ligações e o octeto completo; não há um orbital p vazio disponível para aceitar doação π significativa dos pares dos fluoretos. Logo, a possibilidade de pπ–pπ do F para o B praticamente desaparece. - Além disso, a adição de um elétron (formação do ânion) reduz a tendência do B a aceitar mais densidade eletrônica: a carga extra torna o centro menos eletrofílico, dificultando interação π adicional.
- Consequência: as quatro ligações B–F em
são essencialmente ligações simples σ entre orbitais do B e orbitais do F, sem o encurtamento extra que o caráter parcial de dupla ligação daria. Por isso o comprimento aumenta para cerca de .
Passo 6
Outros fatores que reforçam a diferença (resumindo e complementando):
- Geometria/hybridização: em
a ligação tem contribuição (maior caráter s) e possível caráter π parcial → tendência a comprimentos menores. Em as ligações são essencialmente -σ simples → comprimentos maiores. - Repulsão eletrônica e distribuição de carga: no ânion a densidade eletrônica adicional espalha-se e aumenta a repulsão entre pares ligantes, também favorecendo ligações um pouco mais longas.
- Efeito de ressonância/backbonding é o fator qualitativamente mais importante para explicar por que B–F em
é significativamente mais curto.
Passo 7
Comparação direta e frase final curta para fixar:
- Em
as ligações B–F são encurtadas ( ) porque o B é deficiente em elétrons e recebe doação π dos pares de F — as ligações têm caráter parcial de dupla ligação; além disso a hibridização contribui para comprimentos menores. - Em
o B já tem octeto, é e não aceita doação π significativa; as ligações são essencialmente simples e sofrendo maior repulsão eletrônica, o que resulta em ligações mais longas ( ).
Resposta
Em
(
) o boro é deficiente em elétrons e aceita doação pπ dos pares não-ligantes do flúor, dando caráter parcial de dupla ligação B–F e encurtando as ligações; além disso a hibridização é
. Em
(
) o boro tem o octeto completo (
), não há orbital p vazio para pπ–doação e as ligações são essencialmente ligações simples σ com maior repulsão eletrônica, resultando em comprimentos de ligação maiores.