Considere a molécula de cloreto de fósforo (
). 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 (
). 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
. A hibridização ajuda a explicar como os átomos formam ligações químicas.
Passo 3
O fósforo tem 5 elétrons na camada de valência. Em
, ele forma 5 ligações com átomos de cloro. Para acomodar essas ligações, o fósforo utiliza a hibridização
.
Passo 4
A hibridização
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
, 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:
.
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:
.
Passo 10
Todas as cargas formais na molécula de
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
.
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
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
é
. 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.