Considere a molécula de cloreto de fósforo ( PCl5 ). Determine a hibridização do átomo de fósforo e explique como ela permite a formação de cinco ligações com átomos de cloro. Descreva a geometria resultante e calcule as cargas formais de cada átomo. Justifique como o átomo de fósforo pode expandir seu octeto nesta estrutura.

Passo 1

Então, o exercício fala sobre a molécula de cloreto de fósforo ( PCl5). Vamos precisar entender sobre hibridização, geometria molecular, cargas formais e a capacidade do fósforo de expandir seu octeto para resolver essa questão.

Passo 2

Primeiro, vamos descobrir a hibridização do átomo de fósforo na PCl5. A hibridização ajuda a explicar como os átomos formam ligações químicas.

Passo 3

O fósforo tem 5 elétrons na camada de valência. Em PCl5, ele forma 5 ligações com átomos de cloro. Para acomodar essas ligações, o fósforo utiliza a hibridização sp^3d.

Passo 4

A hibridização sp^3d significa que um orbital s, três orbitais p e um orbital d se combinam para formar cinco orbitais híbridos equivalentes, permitindo a formação de cinco ligações.

Passo 5

Com cinco orbitais híbridos sp^3d, o fósforo pode se ligar a cinco átomos de cloro, cada um formando uma ligação simples. Isso explica como o fósforo forma cinco ligações com os cloros.

Passo 6

A geometria resultante dessa hibridização é a bipiramidal trigonal. Isso significa que três átomos de cloro estão dispostos no mesmo plano formando um triângulo, e dois estão acima e abaixo desse plano.

Passo 7

Agora, vamos calcular as cargas formais de cada átomo na molécula. A carga formal é a diferença entre o número de elétrons de valência do átomo e a soma dos elétrons atribuídos a ele na molécula.

Passo 8

Para o fósforo: ele tem 5 elétrons de valência. Na molécula, ele compartilha 5 ligações, cada uma contando como 1 elétron atribuível. Então, carga formal do P: 5 - 5 = 0.

Passo 9

Para cada átomo de cloro: cada cloro tem 7 elétrons de valência. Cada um compartilha uma ligação com o fósforo e possui 6 elétrons não compartilhados. Carga formal de cada Cl: 7 - (6 + 1) = 0.

Passo 10

Todas as cargas formais na molécula de PCl5 são zero, indicando que a molécula é estável.

Passo 11

Agora, por que o fósforo pode expandir seu octeto? Geralmente, os átomos seguem a regra do octeto, mas o fósforo está na terceira camada eletrônica e possui orbitais d disponíveis.

Passo 12

Esses orbitais d permitem que o fósforo acomode mais de oito elétrons ao formar mais ligações, como no caso das cinco ligações com o cloro em PCl5.

Passo 13

Isso é comum em moléculas onde o elemento central está na terceira linha da tabela periódica ou além, permitindo a expansão do octeto graças aos orbitais d.

Passo 14

Portanto, a hibridização sp^3d do fósforo permite a formação de cinco ligações com os átomos de cloro, resultando em uma geometria bipiramidal trigonal com todas as cargas formais iguais a zero, e o fósforo consegue expandir seu octeto usando orbitais d disponíveis.

Resposta

A hibridização do átomo de fósforo na PCl5 é sp^3d. Isso permite a formação de cinco ligações com os átomos de cloro, resultando em uma geometria bipiramidal trigonal. Todas as cargas formais são zero em cada átomo, e o fósforo consegue expandir seu octeto utilizando orbitais d disponíveis.

Exercícios relacionados