Utilizando-se do modelo VSEPR, descreva a geometria das moléculas/íons e coloque em ordem crescente os ângulos
de
Passo 1
O enunciado nos dá o íon
e pede duas coisas:
- Descrever a geometria da espécie (posição dos átomos ao redor do nitrogênio).
- Colocar em ordem crescente os ângulos
.
Informações relevantes fornecidas ou necessárias (tiradas diretamente da fórmula química):
- Fórmula:
. - Átomo central: nitrogênio (
). - Hidrogênios ligados: quatro (
átomos de ). - Carga:
.
Passo 2
Breve aula do modelo VSEPR (por que usamos e como contar os domínios eletrônicos).
- Ideia: as regiões de densidade eletrônica (pares de ligação e pares isolados) ao redor do átomo central se posicionam para minimizar repulsões; dessa posição resultam geometrias características.
- O que é “domínio eletrônico”: cada par de elétrons ligante (ligação simples conta como 1 domínio) e cada par isolado no átomo central conta como 1 domínio.
- Regra prática para contar domínios no átomo central: contar quantos átomos ligados (cada ligação simples = 1 domínio) + quantos pares isolados no átomo central.
- A partir do número de domínios escolhemos a geometria eletrônica (ex.: 2 → linear, 3 → trigonal plana, 4 → tetraédrica, 5 → trigonal bipiramidal, 6 → octaédrica). A geometria molecular coincide com a eletrônica se não houver pares isolados; se houver pares isolados, a geometria molecular difere (ex.:
é piramidal, não trigonal plana).
Passo 3
Contagem explícita dos elétrons e dos domínios em
.
- Elétrons de valência: nitrogênio tem
elétrons de valência, cada hidrogênio tem . - Soma inicial de elétrons de valência:
. - Aplicar a carga positiva
: retirar elétron, então elétrons totais = . - Esses
elétrons formam quantas ligações? Cada ligação N–H usa elétrons. Com quatro hidrogênios temos ligações usando elétrons. - Conclusão sobre pares isolados no N: não sobram elétrons para pares isolados no nitrogênio. Logo o átomo de N tem exatamente
domínios eletrônicos, todos correspondentes a pares ligantes (quatro ligações simples N–H).
Passo 4
Determinar a geometria a partir do número de domínios.
- Com
domínios eletrônicos ao redor do átomo central a geometria eletrônica é tetraédrica. - Como não há pares isolados, a geometria molecular é a mesma: geometria molecular = tetraédrica.
- Em palavras simples: os quatro átomos de
ficam nos vértices de um tetraedro regular ao redor do .
Passo 5
Determinar os ângulos
na geometria tetraédrica e explicar por que são todos iguais.
- Num tetraedro regular os quatro ligantes ocupam posições equivalentes; portanto todos os ângulos ligante–central–ligante são iguais.
- Valor do ângulo tetraédrico (derivação curta): considere dois vetores que vão do centro do tetraedro a dois vértices distintos. Para um tetraedro regular pode escolher vetores proporcionais a
e . O produto escalar entre esses vetores é
O comprimento de cada vetor é
. Assim o cosseno do ângulo
entre eles é
Portanto
- Arredondando para uma notação comum em química, o ângulo tetraédrico é aproximadamente
.
Passo 6
Resposta à segunda parte (ordenar os ângulos
).
- Como todos os ângulos
em são equivalentes e iguais a aproximadamente , a ordem crescente é trivial: todos iguais.
Resposta
Geometria: tetraédrica.
Ângulos em ordem crescente:
(todos iguais).
Ângulos