Questão \mathbf{n}^{\circ} 2: Determine a estrutura de Lewis e a geometria molecular das três seguintes moléculas: \mathrm{O}_{3}, \mathrm{NO}_{3}{ }^{-}e \mathrm{PH}_{3}

Passo 1

O enunciado pede para montarmos as estruturas de Lewis e determinarmos a geometria molecular de \mathrm{O_3}, \mathrm{NO_3^-} e \mathrm{PH_3}. Vamos usar os seguintes conteúdos:
1. Contagem de elétrons de valência para cada espécie.
2. Distribuição de elétrons em ligações e pares isolados, respeitando a regra do octeto (quando aplicável).
3. Cálculo de cargas formais para escolher as melhores estruturas de ressonância.
4. Teoria VSEPR para determinar geometria molecular a partir do número de domínios eletrônicos em torno do átomo central.

Passo 2

Determinação da estrutura de Lewis e geometria de \mathrm{O_3}:
– Elétrons de valência: cada oxigênio tem 6 elétrons, total 3\times6=18.
– Esqueleto: O–O–O.
– Distribuição de elétrons: precisaríamos de 2 ligações duplas para completar 18 elétrons, mas isso dá excesso. A melhor é ter uma ligação dupla e uma simples, gerando ressonância.
– Uma estrutura de ressonância típica:
\ddot O–O=O\quad\longleftrightarrow\quad O=\!O–\!\ddot O
onde cada oxigênio com ligação simples carrega carga formal -1 e o central varia entre 0 e 0, de modo que a carga total é zero.
– VSEPR: no átomo de oxigênio central há 3 domínios eletrônicos ( 2 ligações e 1 par isolado). Isso corresponde a arranjo eletrônico trigonal planar e geometria molecular angular (AX _2E), com ângulo aproximado de 117^\circ.

Passo 3

Determinação da estrutura de Lewis e geometria de \mathrm{NO_3^-}:
– Elétrons de valência: 5 de N, 3\times6 de O, mais 1 de carga -, total 5+18+1=24.
– Esqueleto: O–N–O em forma trigonal, com o terceiro oxigênio ligado também ao N.
– Distribuição de elétrons: ao todo são 3 ligações duplas possíveis, mas isso daria carga formal alta. A melhor descrição é uma ligação dupla N=O e duas simples N–O, com carga formal -1 distribuída em dois oxigênios. As três formas de ressonância são:
\begin{aligned} &\ddot O–N=O\quad O^\bullet\!{}^-\\\ &O^\bullet\!{}^-–N=O\quad \ddot O\\\ &\ddot O–N=O^\bullet\!{}^- \end{aligned}
– VSEPR: no nitrogênio há 3 domínios eletrônicos ( 3 ligações, sem par isolado), correspondente a geometria trigonal planar (AX _3), com ângulos de 120^\circ.

Passo 4

Determinação da estrutura de Lewis e geometria de \mathrm{PH_3}:
– Elétrons de valência: 5 de P mais 3\times1 de H, total 8.
– Esqueleto: P central ligado a três H.
– Distribuição de elétrons: usa-se 3 ligações P–H ( 6 elétrons) e sobra 1 par isolado no fósforo. Não há necessidade de dupla ligação porque H só aceita 2 elétrons.
– VSEPR: no P há 4 domínios eletrônicos ( 3 ligações e 1 par isolado), o que dá arranjo eletrônico tetraédrico e geometria molecular trigonal piramidal (AX _3E), com ângulo aproximado de 93^\circ.

Resposta

O_{3}: estrutura de Lewis com duas formas de ressonância (uma ligação dupla e uma simples trocando de posição), geometria angular (bent) A X_{2}E, ângulo \approx 117\circ.
N O_{3} ^{-}: três estruturas de ressonância (uma N=O e duas N– O^{-} distribuídas), geometria trigonal planar A X_{3}, ângulo =120\circ.
P H_{3}: estrutura com três ligações P–H e um par isolado em P, geometria trigonal piramidal A X_{3}E, ângulo \approx 93\circ.

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