Exercícios Resolvidos de Teoria da Ligação de Valência

USP/IQSC – Lista de Exercícios de Química Tecnológica Geral 2015. Questão 20.

Para os compostos N H 3 , P H 3 e A s H 3 os ângulos formados entre as ligações com o átomo central são, respectivamente: 107 ° , 94 ° e 92 ° . Sugira um motivo.

Passo 1

N, P e As são da mesma família na tabela periódica.

Ao fazer 3 ligações, ficam com um par de elétrons não ligantes (e o octeto completo, direitinho).

Vamos ver as estruturas de Lewis desses caras.

Pela estrutura de Lewis a gente vê as ligações, mas não o arranjo espacial ou a geometria.

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Passo 2

Agora vamos ver a configuração eletrônica dos átomos centrais, pra ter uma ideia da hibridação:

N :   1 s 2   2 s 2   2 p 3 7  

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

A s :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 3 33  

Então as camadas de valência desses caras são do tipo:

n s 2   n p ³

E a hibidração pode ser feita com esses orbitais:

Olha só como a gente consegue enxergar direitinho um par de elétrons não ligante e três orbitais prontos pra fazer ligações químicas!

Passo 3

Como a gente comentou, ao fazer a hibridação s p ³ , o átomo vai fazer ligações com cerca de 109 ° , num arranjo espacial tetraédrico.

Isso seria o esperado para os três compostos, no entanto, só o N H 3 forma esses ângulos de fato.

Os outros dois tem ligações com cerca de 90 ° , que é justamente o ângulo formado entre os orbitais p puros. Lembra que cada um deles está sobre um eixo? Então, eles são perpendiculares entre si!

Isso nos leva a crer que P e As não fazem hibridação dos orbitais para formar os compostos P H 3 e A s H 3 .

Passo 4

Para explicar o motivo de P e As terem mais “dificuldade” em hibridizar seus orbitais de valência, existe uma teoria que diz que o problema deles são os orbitais das camadas mais internas.

De acordo com essa teoria, os orbitais atômicos p e d das camadas mais internas do P e As (que não existem no N), meio que “não aceitam” ou “atrapalham” a formação da hibridação e de ligações com um ângulo “estranho” como o de 109 ° esperado para um s p ³ .

A hibridação desses caras causaria uma sobreposição dos orbitais hibridizados com os orbitais atômicos já existentes, e essa sobreposição assimétrica (devido às diferenças angulares) não é favorecida.

Difícil de engolir né? Mas é a teoria mais aceita :)

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