( 1,2 ) Qual das seguintes moléculas apresenta a maior desvio dos ângulos de ligação ideais devido à repulsão entre pares isolados e pares de ligação?
Dados: \mathrm{H}(\mathrm{Z}=1), \mathrm{B}(\mathrm{Z}=5), \mathrm{C}(\mathrm{Z}=6), \mathrm{N}(\mathrm{Z}=7), \mathrm{O}(\mathrm{Z}=8), \mathrm{F}(\mathrm{Z}=9)
a) \mathrm{CF}_{4}
b) \mathrm{NH}_{3}
c) \mathrm{BF}_{3}
d) \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}

Passo 1

O enunciado pergunta: “Qual das seguintes moléculas apresenta a maior desvio dos ângulos de ligação ideais devido à repulsão entre pares isolados e pares de ligação?” As alternativas são:
a) \mathrm{CF}_{4}
b) \mathrm{NH}_{3}
c) \mathrm{BF}_{3}
d) \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}
Informações dadas que vou usar (copiadas do enunciado):
\mathrm{H}(\mathrm{Z}=1),\; \mathrm{B}(\mathrm{Z}=5),\; \mathrm{C}(\mathrm{Z}=6),\; \mathrm{N}(\mathrm{Z}=7),\; \mathrm{O}(\mathrm{Z}=8),\; \mathrm{F}(\mathrm{Z}=9).

Passo 2

Vamos analisar cada molécula olhando para o número de pares de ligação (pares ligantes) e pares isolados (pares livres) no átomo central — isso determina a geometria eletrônica e como os ângulos reais se desviam dos ângulos ideais. Antes de aplicar, preciso explicar direitinho o conceito que vou usar (fica tranquilo, explico passo a passo).

Passo 3

Explicação didática (o que é preciso saber para resolver a questão):
  • Um “par isolado” (ou par livre) é um par de elétrons no átomo central que não participa de ligação. Um “par de ligação” é o par de elétrons compartilhado entre o átomo central e um átomo vizinho.
  • A regra prática que vamos usar: pares de elétrons ocupam espaço e se repelem; a ordem de repulsão é
\text{par livre - par livre} > \text{par livre - par de ligação} > \text{par de ligação - par de ligação}.çãçãçã
Isto significa que pares livres empurram mais fortemente os pares ligantes, reduzindo os ângulos entre ligações.
  • Ângulo ideal de referência: para geometria eletrônica tetraédrica o ângulo ideal é \,109{,}5^\circ😉 para trigonal planar é \,120^\circ. Se uma molécula tem pares livres no átomo central, os ângulos de ligação observados serão menores que o ideal tetraédrico na medida em que os pares livres aumentam a repulsão.

Passo 4

Análise de \mathrm{CF}_{4}:
  • Carbono central tem 4 ligações simples com F e nenhum par isolado.
  • Geometria eletrônica: tetraédrica; geometria molecular: tetraédrica.
  • Ângulo ideal = \,109{,}5^\circ. Como não há pares livres no C, não há compressão dos ângulos por pares isolados, logo o desvio causado por pares isolados é essencialmente \,0^\circ.

Passo 5

Análise de \mathrm{BF}_{3}:
  • Boro central tem 3 ligações com F e normalmente nenhum par isolado (alcança uma estrutura trigonal plana com octeto incompleto).
  • Geometria eletrônica e molecular: trigonal planar.
  • Ângulo ideal = \,120^\circ. Não há pares isolados no átomo central para causar repulsão extra, logo desvio por pares isolados = \,0^\circ.

Passo 6

Análise de \mathrm{NH}_{3}:
  • Nitrogênio central tem 3 ligações com H e 1 par isolado.
  • Geometria eletrônica: tetraédrica (4 regiões de elétrons). Geometria molecular: piramidal trigonal.
  • O par isolado empurra os pares de ligação, reduzindo o ângulo H–N–H em relação ao tetraédrico. O ângulo experimental aproximado é \,107^\circ.
  • Cálculo do desvio em relação ao ângulo tetraédrico ideal:
\Delta\theta_{\mathrm{NH}_3} = 109{,}5^\circ - 107^\circ = 2{,}5^\circ.

Passo 7

Análise de \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}:
  • Oxigênio central tem 2 ligações com H e 2 pares isolados.
  • Geometria eletrônica: tetraédrica (4 regiões de elétrons). Geometria molecular: angular (dobrada).
  • Dois pares isolados exercem maior repulsão total sobre os pares de ligação do que um só par isolado, comprimindo mais o ângulo H–O–H. O ângulo experimental aproximado é \,104{,}5^\circ.
  • Cálculo do desvio:
\Delta\theta_{\mathrm{H_2O}} = 109{,}5^\circ - 104{,}5^\circ = 5{,}0^\circ.

Passo 8

Comparação final dos desvios causados por pares isolados:
  • \mathrm{CF}_{4}:\\ \Delta\theta = 0^\circ.
  • \mathrm{BF}_{3}:\\ \Delta\theta = 0^\circ.
  • \mathrm{NH}_{3}:\\ \Delta\theta = 2{,}5^\circ.
  • \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}:\\ \Delta\theta = 5{,}0^\circ.
Como \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} tem dois pares isolados e apresenta o maior diminuição do ângulo entre ligações (maior desvio do ideal), ela é a resposta.

Resposta

d) \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}

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