Exercícios Resolvidos de Modelo VSEPR/RPECV

UFRJ – IQ – Lista de Exercícios de Química Geral. Questão 03.

Represente as estruturas eletrônicas (octeto expandido preferencialmente) e faça uma previsão da geometria dos compostos B r F 3 ,   S b F 4 - , S e F 3 - , S O C l 2   ,   S 2 O 3 2 - ,   P O 4 - 3 ,   S F 5 C l (enxofre é o átomo central),   N S F 3 e X e O 3 .

Passo 1

Estrutura de Lewis:

1°. Identificar o átomo central.

Na ordem do enunciado, usando os critérios de menor quantidade e menor eletronegatividade: Br, Sb, Se, S, S, P, S, S e Xe.

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.

Pega aí a cnfiguração eletrônica dessa galera:

B r :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2 ⏟   3 d 10   4 p 5 ⏟ 35  

F :   1 s 2   2 s 2   2 p 5 ⏟ 9  

S b :   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 3 ⏟ 51  

S e :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2 ⏟   3 d 10   4 p 4 ⏟ 34  

S :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 4 ⏟ 16  

O :   1 s 2   2 s 2   2 p 4 ⏟ 8  

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

P :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 3 ⏟ 15  

N :   1 s 2   2 s 2   2 p 3 ⏟ 7  

X 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 6 ⏟ 54  

E a contagem de elétrons pra cada estrutura (não esquece de somar elétron em quem tem carga negativa).

B r F 3 : 1 x 7 + 3 x 7 = 28   e l é t r o n s

S b F 4 - : 1 x 5 + 4 x 7 + 1 x 1 = 34   e l é t r o n s

S e F 3 - : 1 x 6 + 3 x 7 + 1 x 1 = 28   e l é t r o n s

S O C l 2   : 1 x 6 + 1 x 6 + 2 x 7 = 26   e l é t r o n s

S 2 O 3 2 - : 2 x 6 + 3 x 6 + 2 x 1 = 32   e l é t r o n s

P O 4 - 3 : 1 x 5 + 4 x 6 + 3 x 1 = 32   e l é t r o n s

S F 5 C l : 1 x 6 + 5 x 7 + 1 x 7 = 48   e l é t r o n s

N S F 3 : 1 x 5 + 1 x 6 + 3 x 7 = 32   e l é t r o n s

X e O 3 : 1 x 8 + 3 x 6 = 26   e l é t r o n s

5°. Completar o octeto da galera.

E contando com quantos elétrons as estruturas ficaram:

B r F 3 : 26   e l é t r o n s  

S b F 4 - : 32   e l é t r o n s

S e F 3 - : 26   e l é t r o n s

S O C l 2   : 26   e l é t r o n s

S 2 O 3 2 - : 32   e l é t r o n s

P O 4 - 3 : 32   e l é t r o n s

S F 5 C l : 48   e l é t r o n s

N S F 3 : 32   e l é t r o n s

X e O 3 : 26   e l é t r o n s

E agora vamos ver caso a caso.

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Passo 2

Pro B r F 3 , a gente preveu 28 elétrons e a nossa estrutura está com 26 elétrons. Vamos precisar colocar mais um par de elétrons na estrutura. Se você der uma olhada rápida nas cargas formais, vai ver que quem está precisando de par de elétrons é o Br.

A nova estrutura fica:

Aí a carga formal de geral é zero.

Como o Br tem que acomodar 5 pares de elétrons o mais longe possível, o arranjo espacial será bipiramidal trigonal.

Colocando os pares de elétrons nas posições que ficam 120° distantes (as outras formam ângulos de 90°), a geometria do composto fica “em forma de T” (esse é o nome real da geometria).

Como a repulsão dos elétrons não ligantes é mais forte, os ângulos entre as ligações Br-F ficam um pouco menores que 90°.

Passo 3

Pro S b F 4 - a gente preveu 34 elétrons e só 32 apareceram. Precisamos colocar mais 2, e eles ficarão no Sb (tá com carga formal positiva e o F não expande octeto).

A estrutura de Lewis fica:

Onde a carga formal dos flúores fica zero e a do Sb é -1, fazendo com que a carga total da estrutura seja -1.

Se tem cinco pares de elétrons ao redor do Sb, o arranjo espacial será o bipiramidal trigonal. Com apenas 4 ligantes, a geometria será do tetraedro distorcido.

Passo 4

Pro S e F 3 - a gente preveu 28 elétrons, mas até agora a nossa estrutura está com 26. Vamos colocar mais um par de elétrons no selênio.

A estrutura de Lewis fica:

Enquanto a carga formal de cada flúor é 0 , a carga formal do Se é - 1 .

Mais uma vez o arranjo é bipiramidal trigonal e a geometria será em forma de T.

Passo 5

Pro S O C l 2 a contagem de elétrons já ficou correta. 26 elétrons esperados foram contabilizados.

Na estrutura de Lewis o S precisa acomodar 4 pares de elétrons, o que fará num arranjo tetraédrico. Como existem apenas 3 ligantes, a geometria da molécula será piramidal.

Nessa estrutura a carga formal de cada cloro é 0 , do S é + 1 e do O é - 1 .

Ops!

Se tem uma carga formal positiva e uma negativa, talvez dê pra melhorar essa estrutura né?

Como o S pode expandir o octeto, a gente pode pegar um par de elétrons isolado no oxigênio e compartilhar ele entre o O e o S, fazendo uma dupla.

Isso não muda o arranjo da molécula porque a ligação dupla tá “amarrada” numa posição só. A única coisa que vai mudar é que a dupla tem repulsão maior que a simples, então o ângulo entre o oxigênio e os cloros será maior que o ângulo dos cloros entre si.

Passo 6

Pro S 2 O 3 2 - a contagem de elétrons já ficou correta. 32 elétrons esperados foram contabilizados.

Mas todos os átomos periféricos estão com carga formal - 1 enquanto o S central tem carga formal + 2 .

Como o S pode expandir o octeto, vamos melhorar as cargas formais transferindo pares de elétrons dos átomos periféricos para o S central.

Com isso, a quantidade de elétrons na estrutura não é alterada, mas as cargas formais ficam mais próximas de zero.

Como a gente podia ter escolhido quaisquer posições pra colocar as duplas, vai haver ressonância. Mas a gente não precisa fazer o estudo da ressonância pra prever a geometria.

Só é bom lembrar que, como a dupla está “espalhada” entre todas as ligações, as repulsões entre elas são aproximadamente iguais. O que não ocorre quando a dupla está localizada (sem ressonância).

Com quatro posições ao redor do átomo central e todas elas ocupadas por ligantes, o arranjo espacial e a geometria da espécie serão tetraédricos.

Passo 7

A contagem de elétrons para o P O 4 3 - deu certinho. Vamos dar uma olhada nas cargas formais?

Enquanto o P está com + 1 , cada O tem - 1 . E como o P pode expandir o octeto, a gente pode doar um par de elétrons de um O pra ele ficar com carga formal 0 .

O P precisa, então, de quatro posições ao redor dele, todas ocupadas por ligantes. Assim, o arranjo espacial e a geometria serão tetraédricos.

Passo 8

Na estrutura do S F 5 C l , além da contagem de elétrons estar correta, as cargas formais são todas iguais a zero. Portanto, não vamos fazer nenhuma modificação.

Com seis pares de elétrons ao redor do S, todos eles ligantes, o arranjo espacial da molécula, assim como sua geometria, será octaédrico.

Passo 9

Para a estrutura do N S F 3 , o número de elétrons está ok. Vamos ver as cargas formais.

A carga formal de cada flúor é zero, do nitrogênio é - 2 e a do enxofre é + 2 .

Se a gente compartilhar um par de elétrons do N com o S:

As cargas formais do N e do S ficam, respectivamente, - 1 e + 1 . Vamos compartilhar mais um par de elétrons?

Todo mundo com carga formal igual a zero. Seu Lewis fica contente!

Com 4 posições ao redor do S, todas ocupadas por ligantes, a geometria coincide com o arranjo espacial da molécula: tetraedro.

E como a repulsão de uma ligação tripla é maior que a repulsão de uma ligação simples, o ângulo entre as ligações S-F ficará um pouco menor que em um tetraedro uniforme.

Passo 10

Para a estrutura do X e O 3 , o número de elétrons está ok. Vamos ver as cargas formais.

C . F .   X e = 8 - 5 = 3

C . F .   O = 6 - 7 = - 1

Se um oxigênio compartilha um par de elétrons com o Xe, sua carga formal vai pra zero, a do Xe diminui e isso é ok porque o Xe pode expandir o octeto.

Fazendo o mesmo com todos os oxigênios:

O número de elétrons segue o mesmo e a carga formal de geral tá igual a zero. Show ou show?

Hora da geometria da molécula!

Quatro posições ao redor do átomo central nos leva ao arranjo espacial tetraédrico. Como só 3 posições estão ocupadas por ligantes, vamos ter a geometria piramidal:

Se você fez esse exercício até o final, você definitivamente merece um chocolate.

Resposta

B r F 3 : forma de T

S b F 4 - : tetraedro distorcido

S e F 3 - : forma de T

S O C l 2   : piramidal

S 2 O 3 2 - : tetraedro

P O 4 - 3   : tetraedro

S F 5 C l   : octaedro

N S F 3 : tetraedro

X e O 3 : piramidal

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