( 1,5 pontos) Considere o elemento Enxofre formando compostos com, respectivamente, hidrogênio, silício, potássio, cálcio e cloro.
a) Com qual(ais) desses elementos o enxofre forma compostos covalentes?
b) Qual(ais) a(s) estruturas de Lewis dos compostos covalentes formados?
c) Qual(ais) a geometria molecular dos compostos covalentes formados?
a) Com qual(ais) desses elementos o enxofre forma compostos covalentes?
b) Qual(ais) a(s) estruturas de Lewis dos compostos covalentes formados?
c) Qual(ais) a geometria molecular dos compostos covalentes formados?
Passo 1
O enunciado dá os elementos:
(enxofre) formando compostos com, respectivamente,
(hidrogênio),
(silício),
(potássio),
(cálcio) e
(cloro). Pergunta-se:
(a) com quais desses elementos o enxofre forma compostos covalentes?
(b) quais são as estruturas de Lewis dos compostos covalentes formados?
(c) quais são as geometrias moleculares desses compostos covalentes?
(a) com quais desses elementos o enxofre forma compostos covalentes?
(b) quais são as estruturas de Lewis dos compostos covalentes formados?
(c) quais são as geometrias moleculares desses compostos covalentes?
Listei todas as informações relevantes dadas pelo enunciado: os cinco parceiros de ligação (
) e que devo identificar compostos covalentes e, para eles, dar Lewis e geometria. A resolução começa a partir do próximo passo.
Passo 2
Conceito-chave para decidir se um composto é covalente ou iônico (explicação didática simples).
- Uma regra prática: se a diferença de eletronegatividade entre os átomos é pequena (tipicamente bem menor que
na escala de Pauling) ou se ambos são não-metais, a ligação tende a ser covalente. Se um dos átomos é um metal alcalino/alcalino-terroso (como ou ), a ligação tende a ser iônica. - Valores típicos de eletronegatividade (Pauling) que usamos aqui (aproximações):
, , , , , . - Calcule as diferenças aproximadas:
- Interpretação simples:
pequenas ( ) e pares de não-metais indicam ligações covalentes: com tendem a formar compostos covalentes. e são metais (alcalino e alcalino-terroso) e formam sulfetos iônicos típicos ( , ), portanto não listamos eles como formadores de compostos covalentes neste contexto. - Conclusão (resposta do item a): os elementos que formam compostos covalentes com enxofre são
, e .
Passo 3
Como construir a estrutura de Lewis — método passo a passo (vou aplicar no caso de
e explicar tudo).
- Regra prática: conte os elétrons de valência de todos os átomos, some-os, monte ligações simples para conectar átomos (urgência: completar pelo menos uma ligação entre cada par de átomos), depois distribua os elétrons restantes como pares isolados (lone pairs) e verifique a regra do octeto (para H, regra do duet:
elétrons). - Exemplo
: - Elétrons de valência:
tem , cada tem . Total elétrons (4 pares). - Colocamos
central e ligamos dois por ligações simples: cada ligação consome elétrons usamos elétrons em ligações. - Restam
elétrons colocamos como pares isolados em . Assim fica com 2 ligações e 2 pares isolados (soma de elétrons ao redor de S = pares ligados pares isolados = elétrons).
- Elétrons de valência:
- Representação (estrutura de Lewis simplificada). Fórmula molecular em display:
e em palavras: no enxofre existem dois pares isolados (dois lone pairs).
Passo 4
Estrutura de Lewis do composto
(aplicando o mesmo método).
- Elétrons de valência:
tem , cada tem . Total elétrons (10 pares). - Montagem:
central ligado a duas por ligações simples: essas duas ligações consomem elétrons (2 pares). - Restam
elétrons = pares. Distribuímos 3 pares em cada (porque cada precisa de 3 pares isolados além da ligação simples para completar o octeto), ou seja pares usados nas duas . Isso consome pares = elétrons. Ainda restam pares (4 elétrons) que ficam como pares isolados no . - Resultado:
com duas ligações simples para e com dois pares isolados; cada com três pares isolados além da ligação. - Representação simplificada:
com tendo dois pares isolados, e cada tendo três pares isolados.
Passo 5
Estrutura(s) de Lewis para o sistema
–
.
- O composto binário mais conhecido entre
e é . Vou explicar duas formas de pensar na estrutura, porque química do silício pode dar dois cenários diferentes dependendo da fase (gás versus sólido) — é importante você saber ambos para a prova e entender por que escolhemos um ou outro. - Representação monomérica (modelo simples, útil para raciocinar com Lewis): pense em uma fórmula tipo
, análoga ao ( ). Contagem de elétrons: tem valência, cada tem , total elétrons ( pares). Podemos desenhar duas ligações duplas ; cada terá então 2 pares isolados e terá 2 ligações duplas saturando seu octeto. Estrutura (monómero):
Esta forma leva a um arranjo linear ao redor do (porque há duas regiões de densidade eletrônica ligantes).
2. Estrutura real no estado sólido (mais fiel à química do silício):sólido é um polímero constituído por cadeias/aglomerados onde o silício é tipicamente coordenado por quatro enxofres formando unidades tetraédricas , com enxofres que atuam como pontes entre silícios. Nesse caso a descrição por uma única estrutura de Lewis simples é inadequada — melhor descrever como um material covalente em cadeia, com cada em ambiente aproximadamente tetraédrico e cada frequentemente bidirecional (bridging), tendo pares isolados. Esse modelo explica propriedades físicas (alto ponto de fusão relativo, caráter covalente de rede). - Representação monomérica (modelo simples, útil para raciocinar com Lewis): pense em uma fórmula tipo
- Observação didática: para provas de química geral, aceitar a ideia de que
é covalente e pode ser pensado localmente como unidades tetraédricas em sólido e como um monômero linear em fase gasosa é suficiente. O importante é entender que e formam ligações covalentes e que a geometria local depende da forma molecular/polimérica.
Passo 6
Aplicando VSEPR para obter a geometria molecular (explicação e aplicação aos compostos).
- Relembrando VSEPR (explicação didática curta): VSEPR = teoria das repulsões entre pares de elétrons na camada de valência. Cada região de densidade eletrônica (ligações simples, ligações múltiplas contadas como uma região, e pares isolados) ao redor do átomo central se posiciona para minimizar repulsão — isso determina a geometria.
- Aplicação em cada composto covalente identificado:
-
: - Ao redor do
: duas ligações sigma ( ) + dois pares isolados = regiões de densidade → geometria eletrônica = tetraédrica. - Geometria molecular (levando em conta que dois desses domínios são pares isolados) = angular (bent). Portanto
é bent/angulada (semelhante à água em tipo, embora com ângulo diferente). - Comentário sobre ângulo: pares isolados ocupam mais espaço e comprimem o ângulo ligação–ligação; em
o ângulo fica próximo de (valor experimental aproximado).
- Ao redor do
-
: - Ao redor de
: duas ligações simples ( ) + dois pares isolados = regiões → geometria eletrônica = tetraédrica. - Geometria molecular = angular (bent), análoga a
. O ângulo é maior que em por causa das diferenças no tamanho e repulsão dos átomos ligados, típicamente ao redor de (valor aproximado).
- Ao redor de
-
: - Para o monômero
: há duas regiões de densidade ao redor do (duas ligações duplas), geometria linear (análoga ao ). - Para a forma sólida/polimérica: o ambiente local do
é aproximadamente tetraédrico (cada ligado a quatro em arranjo tetraédrico local devido às unidades ); cada tem geometria aproximadamente angular (pois é duas-coordenada com pares isolados). Em provas, se pedirem a geometria molecular típica do sólido, diga “Si: tetraédrica (em estruturas poliméricas); monômero gasoso: linear”.
- Para o monômero
-
Passo 7
Resumo interpretativo final (para fixar como reconhecer na prova).
- Use eletronegatividade + natureza metal/non-metal para decidir covalência vs ionicidade: metais alcalinos e alcalino-terrosos formam íons estáveis → sulfetos iônicos (
, ). Não os marque como covalentes. - Para desenhar Lewis: conte elétrons de valência, faça ligações simples, distribua pares isolados para completar octetos (H segue duet), verifique se há necessidade de ligações múltiplas; se encontrar ligações múltiplas, lembre-se de que isso reduz o número de pares isolados nos átomos envolvidos.
- Para geometria: conte regiões de densidade ao redor do átomo central (ligações + pares isolados) e aplique VSEPR; transformar geometria eletrônica (ex.: tetraédrica) em geometria molecular (ex.: bent) subtraindo os pares isolados.
Resposta
(a)
(b) Lewis das espécies covalentes mais simples/representativas:
:
com dois pares isolados em
.
:
com dois pares isolados em
e três pares isolados em cada
.
: representações comuns — monômero gasoso aproximado
(cada
com dois pares isolados); no estado sólido, forma polimérica de cadeias com unidades
(coordenação tetraédrica local do
).
(c) Geometrias moleculares:
: angular (bent), geometria eletrônica tetraédrica (ângulo
≈
).
: angular (bent), geometria eletrônica tetraédrica (ângulo
≈
).
: monômero gasoso: linear (
); sólido/polimérico:
em ambiente aproximadamente tetraédrico (cadeias poliméricas de
).