Considere o íon fosfato
. 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
. 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
. 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
. Isso significa que um orbital s e três orbitais p do fósforo se combinam para formar quatro orbitais híbridos equivalentes. Esses orbitais
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
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:
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:
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
é
, 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.