Questão 1 - Para a espécie química \mathrm{ClF}_{3}:
  1. Represente a estrutura de Lewis.
  2. Calcule a carga formal em cada átomo.
  3. Determine a geometria do domínio eletrônico e a geometria molecular segundo a teoria VSEPR.

Passo 1

O enunciado pede três coisas para a espécie química \mathrm{ClF}_{3}:
  1. Representar a estrutura de Lewis.
  2. Calcular a carga formal em cada átomo.
  3. Determinar a geometria do domínio eletrônico e a geometria molecular segundo a teoria VSEPR.
Informações dadas (explícitas ou óbvias a partir da fórmula):
  • Fórmula: \mathrm{ClF}_{3}.
  • Átomos envolvidos: um átomo de cloro ( \mathrm{Cl}) e três átomos de flúor ( \mathrm{F}).
  • Não há figura adicional fornecida.

Passo 2

Contagem dos elétrons de valência (passo obrigatório para a estrutura de Lewis).
  • Um átomo de cloro tem \,7 elétrons de valência: \mathrm{Cl}:7.
  • Cada átomo de flúor tem \,7 elétrons de valência: \mathrm{F}:7.
  • Total de elétrons de valência:
7 + 3\times 7 = 7 + 21 = 28\\ \text{elétrons}.é
Em pares, isso é \dfrac{28}{2}=14 pares de elétrons.

Passo 3

Escolha do átomo central e montagem do esqueleto.
  • Regra prática: o átomo menos eletronegativo (entre \mathrm{Cl} e \mathrm{F}) costuma ficar no centro; o flúor é o mais eletronegativo, então o cloro é o átomo central.
  • Começar ligando cada \mathrm{F} ao \mathrm{Cl} com ligações simples. Cada ligação simples usa 2 elétrons (1 par). Com 3 ligações simples usamos 3 pares:
\text{pares usados em ligações} = 3.çõ
  • Pares restantes:
14 - 3 = 11\\ \text{pares} \quad\text{(ou \(22\) elétrons)}.é

Passo 4

Distribuição dos pares restantes como pares isolados (regra: completar primeiro os octetos dos átomos periféricos, aqui os \mathrm{F}).
  • Cada \mathrm{F} precisa de 3 pares isolados para completar o octeto (pois já tem 1 ligação \Rightarrow 2 elétrons). Para os 3 \mathrm{F} são necessários 3\times 3 = 9 pares.
  • Após colocar esses 9 pares nos três \mathrm{F}, restam
11 - 9 = 2\\ \text{pares}
para colocar no cloro.
  • Portanto a distribuição final de pares ao redor do \mathrm{Cl} é: 3 pares de ligação (com os 3 \mathrm{F}) + 2 pares isolados = 5 domínios eletrônicos ao redor do \mathrm{Cl}.

Passo 5

Escrever a descrição da estrutura de Lewis final (sem ambiguidade).
  • Cloro ( \mathrm{Cl}) no centro, ligado a três flúor ( \mathrm{F}) por ligações simples.
  • Cada flúor tem 3 pares isolados (totalizando o octeto de cada \mathrm{F}).
  • O cloro possui 2 pares isolados além das 3 ligações (portanto o cloro tem 5 pares/10 elétrons ao seu redor — isso é um octeto expandido, permitido para elementos do terceiro período).
    (Visualização mental: \mathrm{F} \mathrm{Cl} \mathrm{F} com mais um \mathrm{F} ligado e dois pares de elétrons no \mathrm{Cl}; cada \mathrm{F} com três pares isolados.)

Passo 6

Verificação do octeto / regra do octeto expandido.
  • Cada \mathrm{F} tem 8 elétrons ao redor ( 3 pares isolados + 1 ligação = 8), logo satisfeito.
  • O \mathrm{Cl} tem 10 elétrons ao redor ( 3 ligações \times 2 elétrons + 2 pares isolados \times 2 elétrons =10). Como \mathrm{Cl} é do terceiro período, pode expandir o octeto (disponibilizando orbitais d), então isso é aceitável.

Passo 7

Cálculo das cargas formais (fórmula e aplicação numérica).
  • Fórmula da carga formal:
\text{FC} = V - \bigl(N_{\text{não-lig}} + \tfrac{1}{2}N_{\text{lig}}\bigr)ã
onde V é o número de elétrons de valência do átomo, N_{\text{não-lig}}ã é o número de elétrons em pares isolados naquele átomo e N_{\text{lig}} é o número total de elétrons envolvidos em ligações ao redor do átomo (não o número de ligações).
  • Para cada flúor:
    • V=7.
    • N_{\text{não-lig}}=6ã (três pares).
    • N_{\text{lig}}=2 (uma ligação simples = 2 elétrons).
\text{FC}_{\mathrm{F}} = 7 - \bigl(6 + \tfrac{1}{2}\cdot 2\bigr) = 7 - (6 + 1) = 0.
  • Para o cloro:
    • V=7.
    • N_{\text{não-lig}}=4ã (dois pares isolados = 4 elétrons).
    • N_{\text{lig}}=6 (três ligações simples \times 2 elétrons cada = 6 elétrons).
\text{FC}_{\mathrm{Cl}} = 7 - \bigl(4 + \tfrac{1}{2}\cdot 6\bigr) = 7 - (4 + 3) = 0.
  • Conclusão: todas as cargas formais são 0 (cada \mathrm{F}: 0; \mathrm{Cl}: 0). Isso confirma que a estrutura é adequada.

Passo 8

Determinação da geometria pela teoria VSEPR (explicação didática).
  • Conte os domínios eletrônicos ao redor do átomo central ( \mathrm{Cl}): 5 domínios (3 domínios de ligação + 2 pares isolados).
  • A geometria eletrônica (ou do domínio eletrônico), que considera todos os domínios indistintamente (ligações e pares isolados), para 5 domínios é a \text{trigonal bipiramidal}.
  • A geometria molecular (a forma vista pelos núcleos dos átomos ligados, desconsiderando os pares isolados visualmente) depende de onde os pares isolados ficam. Regras VSEPR importantes (ordem de repulsão): \text{par isolado–par isolado} > \text{par isolado–ligação} > \text{ligação–ligação}.çãçãçã
  • Em uma geometria trigonal bipiramidal, os dois tipos de posição são: posições axiais (duas, alinhadas 180°) e posições equatoriais (três, no plano, com ângulos de 120° entre si). Pares isolados preferem as posições equatoriais porque aí sofrem menos repulsão (cada posição equatorial interage com duas posições axiais a \sim 90^\circ e com duas equatoriais a \sim 120^\circ; isso minimiza repulsões).
  • Logo, os dois pares isolados ocupam duas posições equatoriais; os três \mathrm{F} ocupam as duas posições axiais e a posição equatorial restante.
  • Isso produz uma geometria molecular em forma de “T” (T-shaped): dois \mathrm{F} em posições axiais, um \mathrm{F} em posição equatorial, e os dois pares isolados equatoriais.
  • Ângulos típicos: ângulo axial-axial é \sim 180^\circ; ângulos axial-equatorial são \sim 90^\circ, porém ligeiramente menores por compressão causada pelos pares isolados.

Passo 9

Resumo interpretativo (como responder na prova rapidamente).
  • Mostrar o desenho de Lewis: \mathrm{Cl} central, três ligações simples para \mathrm{F}, cada \mathrm{F} com três pares isolados, \mathrm{Cl} com dois pares isolados.
  • Indicar cargas formais: todas zero.
  • Anotar: geometria eletrônica: \text{trigonal bipiramidal}; geometria molecular: \text{em T (T-shaped)}.
  • Dica prática: sempre coloque pares isolados em posições equatoriais quando tiver 5 domínios; isso resolve rapidamente a forma.

Resposta

  1. Estrutura de Lewis: \mathrm{Cl} central ligado a três \mathrm{F} por ligações simples; cada \mathrm{F} com 3 pares isolados; \mathrm{Cl} com 2 pares isolados.
  2. Cargas formais: \mathrm{Cl}:0; cada \mathrm{F}:0.
  3. Geometria do domínio eletrônico: \text{trigonal bipiramidal}. Geometria molecular (VSEPR): \text{em T (T-shaped)}.

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