Represente a estrutura de Lewis das espécies abaixo (mostre as ligações e os pares de elétrons livres, quando houver) e prediga a geometria molecular.
\mathrm{CF}_{4}

Passo 1

O enunciado pede duas coisas: representar a estrutura de Lewis da espécie e predizer a geometria molecular. As informações dadas pelo enunciado são apenas a fórmula da espécie: \mathrm{CF}_{4}. Portanto temos 1 átomo de carbono e 4 átomos de flúor na mesma molécula.

Passo 2

Contagem do total de elétrons de valência (começar por aí é obrigatório para a estrutura de Lewis).
  • Carbono tem 4 elétrons de valência.
  • Cada flúor tem 7 elétrons de valência e são 4 flúors.
Cálculo:
\text{Elétrons totais} = 4 + 4\times 7 = 4 + 28 = 32.é
Logo, temos \,32 elétrons de valência para distribuir.

Passo 3

Escolha do átomo central e primeiro esqueleto da molécula.
  • Regra prática: o átomo menos eletronegativo (entre os diferentes) costuma ser o central. Entre C e F, o carbono é menos eletronegativo, então o carbono fica no centro.
  • Montamos o esqueleto colocando C no centro ligado aos quatro F por ligações simples:
\mathrm{F}-\mathrm{C}-\mathrm{F}
com os outros dois \mathrm{F} acima/abaixo (ou ao redor) do C — isto é, C ligado a quatro F.

Passo 4

Colocar ligações simples e subtrair os elétrons usados por essas ligações.
  • Cada ligação simples usa 2 elétrons.
  • Tem-se 4 ligações C–F, portanto elétrons usados:
4\times 2 = 8 \text{ elétrons}.é
  • Subtraindo do total:
32 - 8 = 24 \text{ elétrons restantes}.é

Passo 5

Distribuir os elétrons restantes como pares isolados (lone pairs), começando pelos átomos mais eletronegativos (aqui os flúors) para completar octetos.
  • Cada flúor precisa completar um octeto (total 8 elétrons) e já tem 1 ligação (2 elétrons) com o carbono, portanto precisa de mais 6 elétrons em pares isolados, ou seja, 3 pares isolados por átomo de F.
  • Para os 4 flúors precisamos de:
4\times 6 = 24 \text{ elétrons},é
que é exatamente o que restou. Então colocamos em cada F três pares isolados.
Agora todos os 24 elétrons restantes foram usados preenchendo os pares isolados dos flúors.

Passo 6

Verificar o octeto do carbono e pares isolados no carbono.
  • O carbono no centro está ligado a 4 flúors por ligações simples; cada ligação conta com 2 elétrons compartilhados, então o carbono “vê” 8 elétrons ao seu redor (quatro pares de ligação) — octeto satisfeito.
  • Não sobrou elétron para colocar par isolado no carbono, então o carbono não tem pares não ligantes.

Passo 7

Cálculo das cargas formais para confirmar que a configuração é razoável (importante na prova; vou mostrar a fórmula e aplicar).
Fórmula da carga formal de um átomo:
\text{carga formal} = (\text{elétrons de valência do átomo isolado}) - (\text{elétrons não ligantes}) - \tfrac{1}{2}(\text{elétrons de ligação})éêáéãéçã
  • Para cada flúor: valência =7, não ligantes =6 (três pares), elétrons de ligação =2.
\text{CF}_{\!}: \; \text{FC}_\mathrm{F} = 7 - 6 - \tfrac{1}{2}(2) = 7 - 6 -1 = 0.
  • Para o carbono: valência =4, não ligantes =0, elétrons de ligação =8 (quatro ligações).
\text{FC}_\mathrm{C} = 4 - 0 - \tfrac{1}{2}(8) = 4 - 4 = 0.
Todas cargas formais são zero — estrutura ótima.

Passo 8

Representação final da estrutura de Lewis (mostrando ligações e pares isolados).
Um modo claro de escrever a estrutura (cada \mathrm{F} com três pares isolados) é, por exemplo:
\begin{array}{c} \;:\!\mathrm{F}\!:\vspace{1mm}\\\ \quad\vert\\\ :\!\mathrm{F}\!:\;-\;\mathrm{C}\;-\;:\!\mathrm{F}\!:\\\ \quad\vert\\\ \;:\!\mathrm{F}\!: \end{array}
Nesse desenho cada traço (-) representa uma ligação simples C–F (2 elétrons) e cada conjunto de dois pontos em volta de \mathrm{F} representa os pares isolados (cada \mathrm{F} tem três pares isolados).

Passo 9

Predição da geometria molecular (a parte conceitual importante — explico o porquê).
  • Pelo modelo VSEPR (explicação curta e prática): pares de elétrons (ligantes ou não ligantes) ao redor do átomo central se repelem; a molécula arranja os domínios eletrônicos para minimizar repulsão.
  • Aqui o carbono tem 4 domínios eletrônicos ao seu redor (cada ligação C–F conta como um domínio). Não há pares isolados no átomo central.
  • A disposição que minimiza repulsão para quatro domínios é a geometria tetraédrica, com ângulos ideais aproximados de 109,5^\circ.
Exemplo parecido que provavelmente você já viu: \mathrm{CH}_{4} tem a mesma contagem de domínios e também é tetraédrico.

Resposta

Estrutura de Lewis: carbono central ligado a quatro átomos de flúor por ligações simples; cada flúor possui três pares de elétrons isolados (pares não ligantes) e o carbono não tem pares isolados.
Geometria molecular: tetraédrica, com ângulo \,109,5^\circ.

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