Utilize a teoria RPECV para prever a geometria de cada uma das seguintes moléculas e íons:
\mathrm{CF}_{4}

Passo 1

O enunciado pede: usar a teoria RPECV para prever a geometria da molécula \mathrm{CF}_{4}. Informações relevantes dadas pelo enunciado ou inferíveis imediatamente:
  • Fórmula da espécie: \mathrm{CF}_{4}.
  • Átomos presentes: um átomo de carbono e quatro átomos de flúor.
  • Precisamos prever a geometria eletrônica (arranjo dos pares de elétrons ao redor do átomo central) e a geometria molecular (forma da molécula observando apenas posições dos átomos), usando RPECV.
  • Não há figura adicional fornecida.

Passo 2

O que é a teoria RPECV (explicação didática, passo a passo):
  • RPECV significa “Regra das Repulsões dos Pares de Elétrons da Camada de Valência”. A ideia central é: pares de elétrons (pares ligados e pares isolados) na camada de valência de um átomo central se organizam no espaço de forma a minimizar a repulsão entre si.
  • Conceitos importantes:
    • Par de ligação = dois elétrons que formam uma ligação entre átomos.
    • Par isolado (ou par livre) = dois elétrons pertencentes ao átomo central e não envolvidos em ligação.
    • Domínio eletrônico = cada ligação simples, dupla ou tripla conta como um domínio; cada par isolado conta como um domínio. O número de domínios determina a geometria eletrônica.
    • Ordem de repulsão (maior para menor): par isolado — par ligação > par ligação — par ligação. Ou seja, pares isolados ocupam mais espaço e empurram os pares ligados, reduzindo ângulos de ligação próximos.
  • Geometrias eletrônicas típicas (por número de domínios ao redor do átomo central):
    • 2 domínios → linear ( 180^\circ)
    • 3 domínios → trigonal planar ( 120^\circ)
    • 4 domínios → tetraédrica ( \approx 109,5^\circ)
    • 5 domínios → bipiramidal trigonal
    • 6 domínios → octaédrica
  • Observação prática: uma vez encontrada a geometria eletrônica, a geometria molecular é obtida retirando-se os pares isolados do esquema (se houver), olhando apenas para as posições dos átomos.

Passo 3

Contagem de elétrons de valência e montagem da estrutura de Lewis (muito didático, passo a passo):
  • Elétrons de valência de cada átomo (tabela periódica, regra): carbono tem 4 elétrons de valência; flúor tem 7 elétrons de valência.
  • Total de elétrons de valência na molécula \mathrm{CF}_{4}: 4 + 4\cdot 7 = 4 + 28 = 32 \text{ elétrons}é(Estou usando a informação de valência de cada átomo para somar.)
  • Montagem inicial: coloca-se o carbono como átomo central (porque é menos eletronegativo que o flúor e geralmente central em compostos com muitos substituintes) e liga-se cada flúor ao carbono por uma ligação simples.
  • Cada ligação simples usa 2 elétrons. Como temos 4 ligações C\!-\!F, consumimos 4\cdot 2 = 8 elétrons para formar as ligações.
  • Elétrons restantes para distribuir como pares isolados: 32 - 8 = 24 \text{ elétrons}éEsses 24 elétrons serão distribuídos como pares isolados nos átomos de flúor para completar o octeto de cada flúor.
  • Cada flúor precisa de 6 elétrons como pares isolados (além da ligação) para completar o octeto: 4 flúors \times 6 = 24 elétrons — encaixa exatamente.
  • Resultado da estrutura de Lewis: carbono ligado a quatro flúors por ligações simples; cada flúor com três pares isolados; carbono não possui pares isolados. O carbono tem 4 pares de ligação ao seu redor (total de 4 domínios eletrônicos).

Passo 4

Determinar número de domínios eletrônicos ao redor do átomo central e interpretá-los:
  • Em \mathrm{CF}_{4}, ao redor do átomo de carbono há:
    • \,4 pares de ligação (cada ligação C\!-\!F é um domínio),
    • \,0 pares isolados no átomo central.
  • Portanto o número de domínios eletrônicos em torno do carbono é 4.

Passo 5

Aplicação direta da RPECV: geometria eletrônica e ângulo aproximado
  • Para 4 domínios eletrônicos, a geometria eletrônica que minimiza repulsão é a geometria tetraédrica.
  • Na geometria tetraédrica os vetores que ligam o átomo central aos vértices formam ângulos iguais entre si; o ângulo ideal é aproximadamente \,109,5^\circ.
  • Como não há pares isolados no átomo central, a geometria molecular (a forma observada pelos átomos) coincide com a geometria eletrônica: também é tetraédrica.

Passo 6

Ligação, hibridização, polaridade e simetria — explicando o porquê e como usar isso na prova
  • Hibridização (explicação breve e prática): átomos centrais que formam quatro ligações simples tendem a usar orbitais híbridos sp^{3}, que são combinações de um orbital s e três orbitais p, gerando quatro orbitais equivalentes apontando para os vértices de um tetraedro. Assim, para \mathrm{CF}_{4} espera-se hibridização do carbono sp^{3}.
  • Polaridade da molécula:
    • Cada ligação C\!-\!F é polar (flúor é muito mais eletronegativo que carbono), então cada ligação tem um dipolo individual apontando para o flúor.
    • Porém, na geometria tetraédrica perfeitamente simétrica (grupo T_d), os quatro dipolos iguais se cancelam vetorialmente — resultado: dipolo total da molécula é nulo.
    • Conclusão: ligações polares, molécula globalmente apolar (não polar).
  • Observação prática para prova: quando a geometria é simétrica (tetraédrica com substituintes idênticos), sempre verifique cancelamento de dipolos antes de afirmar polaridade.

Passo 7

Resumo final rápido do raciocínio que você pode reproduzir na prova (passos que eu faria de cabeça):
  1. Contar elétrons de valência total: 4 + 4\cdot7 = 32.
  2. Montar ligações: 4 ligações C\!-\!F usam 8 elétrons; distribuir os 24 restantes como pares isolados nos 4 F (6 em cada).
  3. No átomo central (C) há 4 domínios eletrônicos e 0 pares isolados → geometria eletrônica = tetraédrica.
  4. Como não há pares isolados, geometria molecular = tetraédrica; ângulo \approx 109,5^\circ.
  5. Hibridização do C: sp^{3}. Molécula: apolar por simetria, apesar de ligações C\!-\!F serem polares.

Resposta

Geometria eletrônica: tetraédrica
Geometria molecular: tetraédrica
Ângulo de ligação: \,109,5^\circ
Hibridização do C: sp^{3}
Polaridade: molécula apolar (ligações polares C\!-\!F, dipolos se cancelam)

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