Considere o íon fosfato (PO4 ^3-). Determine a hibridização do átomo de fósforo e explique como essa hibridização contribui para a geometria do íon. Calcule as cargas formais de cada átomo e descreva como as cargas formais estão distribuídas para ajudar a estabilizar a estrutura do íon.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício sobre o íon fosfato (PO4^3-). Aqui, a gente vai trabalhar com conceitos de hibridização dos orbitais do átomo de fósforo, a geometria resultante dessa hibridização e também calcular as cargas formais de cada átomo no íon. Para isso, vamos precisar entender conceitos básicos de estrutura de moléculas, teoria da hibridização e cálculo de cargas formais.

Passo 2

Primeiro, vamos determinar a hibridização do átomo de fósforo no PO4^3-. O fósforo tem 5 elétrons na camada de valência. No íon fosfato, ele está ligado a quatro oxigênios e tem uma carga negativa total de 3-, indicando que há três elétrons extras distribuídos. Para acomodar esses ligações, o fósforo utiliza seus orbital p e s para formar híbridos.

Passo 3

A hibridização do fósforo nesse íon é sp^3. Isso significa que um orbital s e três orbitais p do fósforo se combinam para formar quatro orbitais híbridos equivalentes. Esses orbitais sp^3 permitem que o fósforo forme quatro ligações sigma com os oxigênios, resultando em uma geometria tetraédrica.

Passo 4

Agora, vamos falar sobre como essa hibridização contribui para a geometria do íon. A hibridização sp^3 leva a uma geometria tetraédrica porque os quatro orbitais híbridos se espalham igualmente no espaço, minimizando a repulsão entre eles. Isso dá ao íon fosfato uma forma simétrica e estável, com ângulos de ligação de aproximadamente 109,5°.

Passo 5

Vamos calcular as cargas formais de cada átomo no íon. A carga formal é a diferença entre o número de elétrons de valência do átomo isolado e a soma dos elétrons compartilhados nas ligações e os elétrons não compartilhados no átomo.
Para o fósforo §:
  • Elétrons de valência: 5
  • Elétrons compartilhados nas ligações: 4 ligações x 1 = 4
  • Elétrons não compartilhados: 0
  • Carga formal: 5 - (4 + 0) = +1
Para cada oxigênio (O):
  • Elétrons de valência: 6
  • Elétrons compartilhados nas ligações: 1 ligação x 1 = 1
  • Elétrons não compartilhados: 6 - 1 = 5 (cada oxigênio tem três pares solitários)
  • Carga formal: 6 - (1 + 5) = 0

Passo 6

Então, no íon fosfato, o fósforo tem uma carga formal de +1, enquanto cada oxigênio tem carga formal neutra. Essa distribuição de cargas ajuda a estabilizar a estrutura do íon porque a carga positiva no fósforo é balanceada pela distribuição dos elétrons nos oxigênios, mantendo a molécula estável e equilibrada eletricamente.

Resposta

A hibridização do átomo de fósforo no íon PO4^3- é sp^3, o que confere à molécula uma geometria tetraédrica. As cargas formais são +1 no fósforo e 0 em cada oxigênio, e essa distribuição de cargas contribui para a estabilidade estrutural do íon.

Exercícios relacionados