9- Responda:

a) Apresente a formação da molécula \mathrm{BF}_{3} (sobreposição dos orbitais atômicos/híbridos, mostrando a formação das ligações covalentes entre B e F ), empregando-se os conceitos da TLV (Teoria da Ligação de Valência). Informe a hibridização para todos os átomos envolvidos, quando for o caso. DADOS: B Z=5, F Z=9.
b) Apresente a formação da molécula \mathrm{NH}_{3} (sobreposição dos orbitais atômicos/híbridos, mostrando a formação das ligações covalentes entre NeH ), empregando-se os conceitos da TLV (Teoria da Ligação de Valência). Informe a hibridização para todos os átomos envolvidos, quando for o caso. DADOS: \mathrm{NZ}=7, \mathrm{HZ}=1.
c) Considerando que molécula de \mathrm{BF}_{3} reage com \mathrm{NH}_{3} explique este fato empregandose os fundamentos da TLV. DADOS: N Z=7, H Z=1, B Z=5, F Z=9.
d) Discuta a formação da ligação entre \mathrm{NH}_{3} e \mathrm{BF}_{3} do ponto de vista dos orbitais de fronteira, empregando a TOM- Teoria do Orbital Molecular.

Passo 1

O enunciado pede quatro coisas:
a) Descrever, pela Teoria da Ligação de Valência (TLV), como se formam os orbitais híbridos e as ligações em \mathrm{BF}_3, indicando a hibridização de B e de F.
b) Fazer o mesmo para \mathrm{NH}_3, isto é, mostrar a hibridização de N e de H e a sobreposição que gera as ligações N–H.
c) Explicar, também pela TLV, por que \mathrm{BF}_3 reage com \mathrm{NH}_3.
d) Finalmente, discutir a formação da ligação entre \mathrm{NH}_3 e \mathrm{BF}_3 usando a Teoria dos Orbitais Moleculares de Fronteira (TOM).

Passo 2

Analisando \mathrm{BF}_3 pela TLV, começamos pelo boro. No estado fundamental,
\mathrm{B}:\;1s^2\,2s^2\,2p^1.
Para fazer três ligações equivalentes, o boro promove um elétron do orbital 2s para o 2p vazio, passando a ter configura
ção “excitado”
\;2s^1\,2p^2.
Em seguida, esses três orbitais (um 2s e dois 2p) se hibridizam em três orbitais sp ^2 idênticos, dispostos num plano trigonal (ângulos de 120^\circ).

Passo 3

Cada flúor tem configuração
\mathrm{F}:\;1s^2\,2s^2\,2p^5,
ou seja, um 2p vazio. No modelo VBT, costuma-se hibridizar um orbital 2s e dois 2p em sp ^2, gerando três orbitais sp ^2:
  • Dois abrigam pares não ligantes (lone pairs).
  • Um fica pronto para formar um sigma com o boro.
    O orbital p remanescente em F não participa da ligação sigma principal.

Passo 4

Quando \mathrm{B} traz seus três orbitais sp ^2 e cada \mathrm{F} traz um orbital sp ^2, há sobreposição orbital cabeça-cabeça, formando três ligações sigma \sigma(\mathrm{B}\,\text{sp}^2\text{–F}\,\text{sp}^2). Como o boro usa só esses três híbridos e não tem par não ligante, ele fica eletronicamente deficiente (seis elétrons ao redor de B em vez de oito), o que explica sua capacidade de aceitar um par adicional.

Passo 5

Em \mathrm{NH}_3, o nitrogênio tem configuração fundamental
\mathrm{N}:\;1s^2\,2s^2\,2p^3.
Para formar três ligações N–H mais um par livre, hibridiza-se um 2s e três 2p em quatro orbitais sp ^3.
Destes quatro híbridos, um contém o par isolado e os outros três ficam disponíveis para ligação.

Passo 6

Cada hidrogênio traz um orbital 1s. A sobreposição de cada híbrido sp ^3 de N (aquele sem o lone pair) com um 1s de H gera três ligações sigma \sigma(\mathrm{N}\,\text{sp}^3\text{–H}\,1s). A geometria resultante é piramidal trigonal, com o lone pair ocupando um dos vértices do tetraedro.

Passo 7

Na TLV, \mathrm{BF}_3 é um ácido de Lewis (eletronicamente deficiente) e \mathrm{NH}_3 é uma base de Lewis (tem par isolado em um híbrido sp ^3). Quando se aproximam, o par isolado de N é doado para o orbital vazio do B, formando uma ligação dativa (coordenada) sigma \sigma(\mathrm{N}\,\text{sp}^3\to B\,2p). Assim formamos o aduto \mathrm{F}_3B\leftarrow NH_3.

Passo 8

Pela TOM (fronteira de orbitais), a ligação se deve à interação entre o HOMO de \mathrm{NH}_3 — o orbital sp ^3 que contém o par não ligante de N — e o LUMO de \mathrm{BF}_3 — o orbital 2p vazio do B. Essa interação energeticamente favorável consolida a união, estabilizando o complexo aduto.

Resposta

(a) Em \mathrm{BF}_3, o B faz promoção 2s^2\,2p^1\to2s^1\,2p^2 e hibridiza em sp ^2; cada F hibridiza em sp ^2. Os três orbitais sp ^2 de B se sobrepõem aos sp ^2 de F para formar três ligações sigma, deixando B com déficit eletrônico.
(b) Em \mathrm{NH}_3, o N hibridiza 2s^2\,2p^3\to4\times\text{sp}^3; três desses híbridos formam ligações sigma com H 1s e um contém o par isolado, resultando em geometria piramidal.
(c) \mathrm{BF}_3 (ácido de Lewis) aceita o par isolado do N (base de Lewis) em seu orbital vazio, formando uma ligação dativa \mathrm{N}\to B.
(d) Na visão da TOM, o HOMO de \mathrm{NH}_3 (orbital sp ^3 do par isolado) interage com o LUMO de \mathrm{BF}_3 (orbital 2p vazio), gerando a ligação coordenada do aduto.

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