Utilize a teoria RPECV para prever a geometria de cada uma das seguintes moléculas e íons:
Passo 1
O enunciado pede: usar a teoria RPECV para prever a geometria da molécula
. Informações relevantes dadas pelo enunciado ou inferíveis imediatamente:
- Fórmula da espécie:
. - 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 (
) - 3 domínios → trigonal planar (
) - 4 domínios → tetraédrica (
) - 5 domínios → bipiramidal trigonal
- 6 domínios → octaédrica
- 2 domínios → linear (
- 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
elétrons de valência; flúor tem elétrons de valência. - Total de elétrons de valência na molécula
: (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
elétrons. Como temos ligações , consumimos elétrons para formar as ligações. - Elétrons restantes para distribuir como pares isolados:
Esses elétrons serão distribuídos como pares isolados nos átomos de flúor para completar o octeto de cada flúor. - Cada flúor precisa de
elétrons como pares isolados (além da ligação) para completar o octeto: flúors 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
, ao redor do átomo de carbono há: -
pares de ligação (cada ligação é um domínio), -
pares isolados no átomo central.
-
- Portanto o número de domínios eletrônicos em torno do carbono é
.
Passo 5
Aplicação direta da RPECV: geometria eletrônica e ângulo aproximado
- Para
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
. - 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
, que são combinações de um orbital e três orbitais , gerando quatro orbitais equivalentes apontando para os vértices de um tetraedro. Assim, para espera-se hibridização do carbono . - Polaridade da molécula:
- Cada ligação
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
), os quatro dipolos iguais se cancelam vetorialmente — resultado: dipolo total da molécula é nulo. - Conclusão: ligações polares, molécula globalmente apolar (não polar).
- Cada ligação
- 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):
- Contar elétrons de valência total:
. - Montar ligações: 4 ligações
usam 8 elétrons; distribuir os 24 restantes como pares isolados nos 4 F (6 em cada). - No átomo central (C) há 4 domínios eletrônicos e 0 pares isolados → geometria eletrônica = tetraédrica.
- Como não há pares isolados, geometria molecular = tetraédrica; ângulo
. - Hibridização do C:
. Molécula: apolar por simetria, apesar de ligações serem polares.
Resposta
Geometria eletrônica: tetraédrica
Geometria molecular: tetraédrica
Ângulo de ligação:
Hibridização do C:
Polaridade: molécula apolar (ligações polares , dipolos se cancelam)
Geometria molecular: tetraédrica
Ângulo de ligação:
Hibridização do C:
Polaridade: molécula apolar (ligações polares