5- ( 1,0 ponto) No \mathrm{BF}_{3}, o comprimento de ligação B-F é 130 pm , mas no \mathrm{BF}_{4}{ }^{-}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 \mathrm{BF_3} o comprimento de ligação B–F é \,130\\ \mathrm{pm}.
    • No ânion \mathrm{BF_4^-} o comprimento de ligação B–F é aproximadamente \,145\\ \mathrm{pm}.
  • Pergunta: explicar por que esses comprimentos de ligação são diferentes (por que as ligações em \mathrm{BF_3} são mais curtas que em \mathrm{BF_4^-}).

Passo 2

Desenho rápido das estruturas de Lewis (o que cada espécie tem em termos de elétrons de valência):
  • Para \mathrm{BF_3}: 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 \mathrm{BF_4^-}: temos um boro ligado a quatro fluoretos, e a carga total é -1. 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 ( \,130\\ \mathrm{pm} e \,145\\ \mathrm{pm}).

Passo 3

Hybridização e geometria — como isso afeta comprimento de ligação:
  • Em \mathrm{BF_3} o B está ligado a 3 átomos e, para acomodar três ligações, costuma-se descrever B como híbrido \mathrm{sp^2} (geometria trigonal plana). Em \mathrm{sp^2} a participação de caráter s é maior que em \mathrm{sp^3}:
    • \mathrm{sp^2} tem \tfrac{1}{3} de caráter s ( \approx33{,}3\%).
    • \mathrm{sp^3} tem \tfrac{1}{4} de caráter s ( \approx25\%).
  • 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 \mathrm{sp^2} tenderá a formar ligações um pouco mais curtas que se estivesse em \mathrm{sp^3}.

Passo 4

Conceito fundamental: pπ–pπ (ou “backbonding” / doação de par) entre F e B em \mathrm{BF_3}:
  • Em \mathrm{BF_3} 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 \mathrm{BF_3} 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, \,130\\ \mathrm{pm}.
Explicando de modo concreto e sem jargão: em \mathrm{BF_3} 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 \mathrm{BF_4^-}:
  • Em \mathrm{BF_4^-} 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 \mathrm{BF_4^-} são essencialmente ligações simples σ entre orbitais \mathrm{sp^3} 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 \,145\\ \mathrm{pm}.

Passo 6

Outros fatores que reforçam a diferença (resumindo e complementando):
  • Geometria/hybridização: em \mathrm{BF_3} a ligação tem contribuição \mathrm{sp^2} (maior caráter s) e possível caráter π parcial → tendência a comprimentos menores. Em \mathrm{BF_4^-} as ligações são essencialmente \mathrm{sp^3}-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 \mathrm{BF_3} é significativamente mais curto.

Passo 7

Comparação direta e frase final curta para fixar:
  • Em \mathrm{BF_3} as ligações B–F são encurtadas ( \,130\\ \mathrm{pm}) 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 \mathrm{sp^2} contribui para comprimentos menores.
  • Em \mathrm{BF_4^-} o B já tem octeto, é \mathrm{sp^3} e não aceita doação π significativa; as ligações são essencialmente simples e sofrendo maior repulsão eletrônica, o que resulta em ligações mais longas ( \,145\\ \mathrm{pm}).

Resposta

Em \mathrm{BF_3} ( \,130\\ \mathrm{pm}) 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 \mathrm{sp^2}. Em \mathrm{BF_4^-} ( \,145\\ \mathrm{pm}) o boro tem o octeto completo ( \mathrm{sp^3}), 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.

Exercícios relacionados