Exercícios Resolvidos de Modelo VSEPR/RPECV

USP/IQSC – Lista de Exercícios de Química Geral. Prof. Sérgio Akinobu. Questão 07. Modificada.

Definir para cada átomo de nitrogênio e carbono o tipo de hibridação que apresenta segundo os compostos que ele forma:

a) N H 3

b) N 2

c) C O

d) C O 2

e) C H 4

Passo 1

a) A gente começa fazendo a estrutura de Lewis pra molécula.

O passo-a-passo tem que estar no sangue!

1°. Identificar o átomo central: quem tá em menor quantidade é o N (e o H só faz um ligação, vai).

2°. Ligar todo mundo no átomo central respeitando a valência:

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.

N :   1 s 2   2 s 2   2 p 3 ⏟ 7  

H 1   : 1 s ¹ ⏟

Com 1 nitrogênio e 3 hidrogênios, o número de elétrons de valência será:

1 x 5 + 3 x 1 = 8   e l é t r o n s

Então 8 elétrons precisam aparecer na nossa estrutura!

5°. Completar o octeto da galera.

Os hidrogênios já estão com 2 elétrons cada. Pro nitrogênio ainda faltam 2 elétrons pra fechar 8:

E a estrutura ficou com os 8 elétrons previstos no 4° passo!

6°. Estudo das cargas formais.

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

C . F . N = 5 - 5 = 0

C . F . H = 1 - 1 = 0

Show! Encontramos nossa estrutura de Lewis!

Agora você pode pegar a tabela lá do fim da teoria e ver que o N H 3 tem 4 pares de elétrons ao redor do átomo central e é do tipo C L 3 E , então a hibridação será s p ³ .

Ou você olha a distribuição eletrônica do N, vê que ele precisa de 4 orbitais e que ele vai ter que hibridizar o orbital s com 3 orbitais p.

“Ah, mas porque ele vai hibridizar se ele pode ficar com o par de elétrons no s e usar os três orbitais p pras ligações?”

De fato, isso é uma possibilidade. Via de regra, porém, a hibridização diminui a energia do sistema, diminui as repulsões... então ela é energeticamente favorável.

Ao fazer a hibridização, o átomo de nitrogênio diminui um pouco a energia dos 3 orbitais p e aumenta um pouco a energia do orbital s.

No final das contas o saldo é positivo! Se não ele não hibridizaria! E a gente sabe que ele hibridiza porque, experimentalmente, o arranjo espacial da molécula é tetraédrico.

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Passo 2

b) Passo-a-passo da estrutura de Lewis pra N 2 .

1°. Identificar o átomo central: com dois átomos não tem átomo central né. É um ligado no outro e pronto.

2°. Ligar todo mundo no átomo central respeitando a valência:

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.

N :   1 s 2   2 s 2   2 p 3 ⏟ 7  

Com 2 nitrogênios, o número de elétrons de valência será:

2   x   5 = 10   e l é t r o n s

Então 10 elétrons precisam aparecer na nossa estrutura!

5°. Completar o octeto da galera.

E a estrutura ficou com 14 elétrons! Pra chegar nos 10 elétrons previstos no 4° passo, vamos precisar fazer uma tripla!

Agora sim! Número de elétrons corretos e regra do octeto obedecida!

6°. Estudo das cargas formais.

Cada hidrogênio tem 5 elétrons de valência e aparece com 5 elétrons aí em cima (contando daquele jeitinho especial pra carga formal).

C . F . N = 5 - 5 = 0

Show! Encontramos nossa estrutura de Lewis!

Lembra que pra fazer ligação dupla o átomo precisa guardar um orbital p   p u r o ? Pra fazer tripla, onde tem uma ligação σ e duas π , o cara vai precisar de dois orbitais p   p u r o s . É por isso que os nitrogênios vão reservar 2 orbitais p e hibridizar um orbital s com um orbital p só.

A hibridização de cada um deles fica do tipo s p .

Passo 3

c) Estrutura de Lewis pro C O :

1°. Identificar o átomo central: em molécula diatômica não tem essa, vai.

2°. Ligar todo mundo no átomo central respeitando a valência: só ligar um no outro!

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 :   1 s 2   2 s 2   2 p 2 ⏟ 6  

O :   1 s 2   2 s 2   2 p 4 ⏟ 8  

Com 1 carbono e 1 oxigênio, o número de elétrons de valência será:

1 x 4 + 1 x 6 = 10   e l é t r o n s

Então 10 elétrons precisam aparecer na nossa estrutura!

5°. Completar o octeto da galera.

E a estrutura ficou com 14 elétrons. Vamos precisar de um tripla pra chegar nos 10 elétrons previstos!

Agora sim! 10 elétrons e octetos completos.

6°. Estudo das cargas formais.

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

C . F . O = 6 - 5 = + 1

C . F . C = 4 - 5 = - 1

A gente pode pensar em ressonância:

Nas primeira estrutura o carbono tem que guardar dois orbitais p   p u r o s . Então a hibridação vai ser s p . Na segunda, ele só guarda um p   p u r o . Mas mesmo assim só hibridiza dois orbitais, um com aquele par de elétrons isolados que aparece ali, e outro pra ligação σ . A hibridzação segue sendo s p .

Passo 4

d) Passo-a-passo da estrutura de Lewis pra C O 2 .

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

2°. Ligar todo mundo no átomo central respeitando a valência:

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 :   1 s 2   2 s 2   2 p 2 ⏟ 6  

O :   1 s 2   2 s 2   2 p 4 ⏟ 8  

Com 1 carbono e 2 oxigênios, o número de elétrons de valência será:

1 x 4 + 2 x 6 = 16   e l é t r o n s

Então 16 elétrons precisam aparecer na nossa estrutura!

5°. Completar o octeto da galera.

E a estrutura ficou com 20 elétrons! Pra chegar nos 16 elétrons previstos no 4° passo, vamos precisar fazer uma dupla entre o carbono e cada um dos oxigênios.

Agora sim! Número de elétrons corretos e regra do octeto obedecida!

6°. Estudo das cargas formais.

C . F . O = 6 - 6 = 0

C . F . C = 4 - 4 = 0

Show! Encontramos nossa estrutura de Lewis!

Lembra que pra fazer ligação dupla o átomo precisa guardar um orbital p   p u r o ? O carbono precisa de dois orbitais p   p u r o s , uma pra cada ligação π . Então a hibridação dele será do tipo s p . Assim ele fica com dois orbitais hibridizados, um para cada ligação σ .

Passo 5

e) C H 4 pra acabar!

1°. Identificar o átomo central: carbono.

2°. Ligar todo mundo no átomo central respeitando a valência:

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 :   1 s 2   2 s 2   2 p 2 ⏟ 6  

H 1   : 1 s ¹ ⏟

Com 1 carbono e 4 hidrogênios, o número de elétrons de valência será:

1 x 4 + 4 x 1 = 8   e l é t r o n s

Então 8 elétrons precisam aparecer na nossa estrutura!

5°. Completar o octeto da galera.

Já tá todo mundo de octeto completo! E a estrutura tem os 8 elétrons previstos no 4° passo!

6°. Estudo das cargas formais.

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

C . F . C = 4 - 4 = 0

C . F . H = 1 - 1 = 0

Show!

Agora você pode pegar a tabela lá do fim da teoria e ver que o C H 4 tem 4 pares de elétrons ao redor do átomo central e é do tipo C L 4 , então a hibridação será s p ³ .

Ou você olha a distribuição eletrônica do C, vê que ele precisa de 4 orbitais e que ele vai ter que hibridizar o orbital s com 3 orbitais p.

Resposta

a) s p 3

b) s p

c) s p

d) s p

e) s p 3

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