Questão 1 - Para a espécie química
:
- Represente a estrutura de Lewis.
- Calcule a carga formal em cada átomo.
- 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
:
- Representar a estrutura de Lewis.
- Calcular a carga formal em cada átomo.
- Determinar a geometria do domínio eletrônico e a geometria molecular segundo a teoria VSEPR.
Informações dadas (explícitas ou óbvias a partir da fórmula):
- Fórmula:
. - Átomos envolvidos: um átomo de cloro (
) e três átomos de flúor ( ). - Não há figura adicional fornecida.
Passo 2
Contagem dos elétrons de valência (passo obrigatório para a estrutura de Lewis).
- Um átomo de cloro tem
elétrons de valência: . - Cada átomo de flúor tem
elétrons de valência: . - Total de elétrons de valência:
Em pares, isso é
pares de elétrons.
Passo 3
Escolha do átomo central e montagem do esqueleto.
- Regra prática: o átomo menos eletronegativo (entre
e ) costuma ficar no centro; o flúor é o mais eletronegativo, então o cloro é o átomo central. - Começar ligando cada
ao com ligações simples. Cada ligação simples usa elétrons (1 par). Com ligações simples usamos pares:
- Pares restantes:
Passo 4
Distribuição dos pares restantes como pares isolados (regra: completar primeiro os octetos dos átomos periféricos, aqui os
).
- Cada
precisa de pares isolados para completar o octeto (pois já tem 1 ligação 2 elétrons). Para os são necessários pares. - Após colocar esses
pares nos três , restam
para colocar no cloro.
- Portanto a distribuição final de pares ao redor do
é: pares de ligação (com os ) + pares isolados = domínios eletrônicos ao redor do .
Passo 5
Escrever a descrição da estrutura de Lewis final (sem ambiguidade).
- Cloro (
) no centro, ligado a três flúor ( ) por ligações simples. - Cada flúor tem
pares isolados (totalizando o octeto de cada ). - O cloro possui
pares isolados além das ligações (portanto o cloro tem pares/10 elétrons ao seu redor — isso é um octeto expandido, permitido para elementos do terceiro período).
(Visualização mental:— — com mais um ligado e dois pares de elétrons no ; cada com três pares isolados.)
Passo 6
Verificação do octeto / regra do octeto expandido.
- Cada
tem elétrons ao redor ( pares isolados + ligação = ), logo satisfeito. - O
tem elétrons ao redor ( ligações elétrons + pares isolados elétrons ). Como é do terceiro período, pode expandir o octeto (disponibilizando orbitais ), então isso é aceitável.
Passo 7
Cálculo das cargas formais (fórmula e aplicação numérica).
- Fórmula da carga formal:
onde
é o número de elétrons de valência do átomo,
é o número de elétrons em pares isolados naquele átomo e
é o número total de elétrons envolvidos em ligações ao redor do átomo (não o número de ligações).
- Para cada flúor:
-
. -
(três pares). -
(uma ligação simples = 2 elétrons).
-
- Para o cloro:
-
. -
(dois pares isolados = 4 elétrons). -
(três ligações simples elétrons cada = elétrons).
-
- Conclusão: todas as cargas formais são
(cada : ; : ). 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 (
): 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
domínios é a . - 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):
- 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
e com duas equatoriais a ; isso minimiza repulsões). - Logo, os dois pares isolados ocupam duas posições equatoriais; os três
ocupam as duas posições axiais e a posição equatorial restante. - Isso produz uma geometria molecular em forma de “T” (T-shaped): dois
em posições axiais, um em posição equatorial, e os dois pares isolados equatoriais. - Ângulos típicos: ângulo axial-axial é
; ângulos axial-equatorial são , porém ligeiramente menores por compressão causada pelos pares isolados.
Passo 9
Resumo interpretativo (como responder na prova rapidamente).
- Mostrar o desenho de Lewis:
central, três ligações simples para , cada com três pares isolados, com dois pares isolados. - Indicar cargas formais: todas zero.
- Anotar: geometria eletrônica:
; geometria molecular: . - Dica prática: sempre coloque pares isolados em posições equatoriais quando tiver 5 domínios; isso resolve rapidamente a forma.
Resposta
- Estrutura de Lewis:
central ligado a três por ligações simples; cada com pares isolados; com pares isolados. - Cargas formais:
; cada . - Geometria do domínio eletrônico:
. Geometria molecular (VSEPR): .