Exercícios Resolvidos de Modelo VSEPR/RPECV

UFRJ – IQ – Lista de Exercícios de Química Geral. Questão 04.

Baseado na teoria RPECV, explique:

a) Ângulo de ligação no P H 3 > A s H 3 > S b H 3 .

b) Ângulo de ligação no C l O 4 - > C l O 3 - > C l O 2 - .

c) A análise cristalográfica do T e F 5 - revela que o átomo central encontra-se no mesmo plano de apenas um dos ligantes.

Passo 1

a) Nas moléculas de P H 3 ,   A s H 3   e   S b H 3 , os ângulos entre as ligações são de, aproximadamente, 90°.

Pro Sb esse ângulo fica bem próximo de 90° mesmo, então a gente pode acreditar que cada H tá interagindo com um orbital p   p u r o do Sb (já que cada orbital p   p u r o fica sobre um eixo, formando ângulos de 90° entre si).

No As, o ângulo vai pra 92° e 94° no P.

O que isso nos indica?

P, As e Sb estão na mesma família. No Sb, que é maior, a repulsão entre as ligações é muito pequena, então as ligações ficam ok sobre os eixos x, y e z.

Conforme os átomos diminuem, as repulsões aumentam e as ligações se afastam, aumentando o ângulo entre elas.

Com o átomo de P é menor que o átomo de As, as ligações se afastam mais no P.

A gente sabe, ainda, que no N H 3 os ângulos são de quase 109°. Como o N é muito pequeno, as ligações se afastam tanto que é energeticamente favorável pro N hibridizar os orbitais s p ³ .

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Passo 2

b) Vamos olhar as estruturas de Lewis desses caras pra ver se alguma ideia surge na nossa cabeça.

1°. Identificar o átomo central: em todos eles será o Cl, em menor quantidade e menos eletronegativo.

2°. Ligar todo mundo no átomo central.

3°. O terceiro passo a gente só usa quando sobrar átomo sem ligar em ninguém.

4°. Contar o número de elétrons de valência dos átomos da molécula.

C l :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 5 ⏟ 17  

O :   1 s 2   2 s 2   2 p 4 ⏟ 8  

Como todas as espécies tem uma carga negativa, precisamos adicionar essa carga na conta dos elétrons que vão aparecer nas nossas estruturas.

A quantidade de elétrons de cada estrutura será:

1 x 7 + 4 x 6 + 1 x 1 = 32   e l é t r o n s

1 x 7 + 3 x 6 + 1 x 1 = 26   e l é t r o n s

1 x 7 + 2 x 6 + ( 1 x 1 ) = 20   e l é t r o n s

5°. Completar o octeto da galera.

A primeira estrutura está com 32 elétrons, a segunda com 26 elétrons e a terceira com 20 elétrons.

Porém, é melhor a gente olhar as cargas formais.

6°. Estudo das cargas formais.

A gente quer as cargas formais o mais próximo possível de zero!

Pro C l O 4 - :

C . F . C l = 7 - 4 = + 3

C . F . O = 6 - 7 = - 1

Pro C l O 3 - :

C . F . C l = 7 - 5 = + 2

C . F . O = 6 - 7 = - 1

Pro C l O 2 - :

C . F . C l = 7 - 6 = + 1

C . F . O = 6 - 7 = - 1

Hmm.

Então o ideal seria tentar diminuir as cargas formais, compartilhando uns elétrons do oxigênio com o Cl. E isso é ok porque o Cl pode expandir o octeto!

Dessa forma, o Cl precisa afastar ao máximo 4 pares de elétrons, em todas as estruturas.

No C l O 4 - ele vai formar um tetraedro, com ângulo entre as ligações de 109,5°.

No C l O 3 - , embora ele forme um tetraedro, uma das posições é ocupada por um par de elétrons não ligante, que repele mais que pares de elétrons ligantes. Assim, o ângulo entre as ligações será um pouco menor do que 109,5°.

No C l O 2 - , com dois pares de elétrons não ligantes no cloro, o tetraedro será ainda mais distorcido, e o ângulo entre as ligações será ainda menor.

Atenção! O tetraedro que a gente tá falando é o arranjo espacial das moléculas. As geometrias dessaes caras são, respectivamente, tetraédrica, piramidal e angular.

Passo 3

-

d) Passo-a-passo da estrutura de Lewis pra T e F 5 - .

1°. Identificar o átomo central: Te está em menor quantidade e é menor eletronegativo!

2°. Ligar todo mundo no átomo central:

3°. O terceiro passo a gente só usa quando sobrar átomo sem ligar em ninguém.

4°. Contar o número de elétrons de valência dos átomos da molécula.

T e :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 2 ⏟   4 d 10   5 p 4 ⏟ 52  

F :   1 s 2   2 s 2   2 p 5 ⏟ 9  

Com 1 telúrio e 5 flúores e uma carga negativa, o número de elétrons será:

1 x 6 + 5 x 7 + ( 1 x 1 ) = 42   e l é t r o n s

Então 42 elétrons precisam aparecer na nossa estrutura!

5°. Completar o octeto da galera.

E a estrutura ficou com 40 elétrons. Precisamos colocar mais elétrons em alguém. Como o F não expande o octeto, o jeito é colocar no Te.

Agora sim! Número de elétrons corretos!

6°. Estudo das cargas formais.

C . F . T e = 6 - 7 = - 1

C . F . F = 7 - 7 = 0

Show!

Agora, com 6 pares de elétrons ao redor do telúrio, a gente espera um arranjo octaédrico.

Assim a gente pode pensar que os quatro flúores da base quadrada estão no mesmo plano do Te, o que acontece num octaedro perfeito. Mas, como o par de elétrons lá em cima repele mais do que um par de elétrons ligante, as quatro ligações da base são empurradas para baixo. Assim, apenas um F fica no mesmo plano do Te.

A geometria do ânion é piramidal de base quadrada.

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