a) Explique como a hibridização dos orbitais atômicos de um átomo central em uma molécula determina a geometria molecular.
b) Determine a hibridização do átomo central em uma molécula de CH4, NH3, CO2 e BF3.
c) Qual é a geometria molecular esperada para cada uma dessas moléculas, com base na hibridização do átomo central?

Passo 1

Beleza, vamos lá! Você me passou um exercício sobre hibridação dos orbitais atômicos e geometria molecular. A gente vai precisar entender como os orbitais do átomo central se combinam (hibridação) e como isso influencia na forma da molécula. Vamos resolver as partes a, b e c passo a passo.

Passo 2

a) Como a hibridização dos orbitais atômicos do átomo central determina a geometria molecular?
Então, primeiro, a hibridação é quando os orbitais atômicos de um átomo (como s, p, d) se misturam para formar novos orbitais chamados híbridos. Esses orbitais híbridos têm a mesma energia e são distribuídos de maneira que minimizam a repulsão entre os pares de elétrons. A geometria molecular depende de como esses orbitais híbridos estão arranjados no espaço. Por exemplo, se temos quatro orbitais híbridos, eles podem se organizar em uma forma tetraédrica para manter as repulsões o mais afastadas possível.

Passo 3

b) Determine a hibridização do átomo central em CH4, NH3, CO2 e BF3.
Vamos analisar cada molécula:
  1. CH4 (Metano):
    • O carbono tem 4 ligações simples com hidrogênios.
    • Ele tem 4 pares de elétrons ligantes e nenhum par livre.
    • Hibridização: sp^3.
  2. NH3 (Amônia):
    • O nitrogênio forma 3 ligações com hidrogênios e tem um par livre.
    • Total de 4 regiões de elétrons.
    • Hibridização: sp^3.
  3. CO2 (Dióxido de Carbono):
    • O carbono forma 2 ligações duplas com oxigênios.
    • Total de 2 regiões de elétrons.
    • Hibridização: sp.
  4. BF3 (Trifluoreto de Boro):
    • O boro forma 3 ligações simples com flúor.
    • Total de 3 regiões de elétrons.
    • Hibridização: sp^2.

Passo 4

c) Qual é a geometria molecular esperada para cada uma dessas moléculas, com base na hibridização do átomo central?
Usando a hibridização determinada:
  1. CH4 ( sp^3):
    • Geometria: Tetraédrica.
    • Os 4 orbitais híbridos sp^3 se organizam nos vértices de um tetraedro.
  2. NH3 ( sp^3):
    • Geometria: Piramidal trigonal.
    • Três orbitais sp^3 formam as ligações e um par livre está no topo, dando forma piramidal.
  3. CO2 ( sp):
    • Geometria: Linear.
    • Dois orbitais híbridos sp se arranjam em linha reta de 180°.
  4. BF3 ( sp^2):
    • Geometria: Trigonal planar.
    • Três orbitais híbridos sp^2 se distribuem em um plano, formando um triângulo.

Resposta

a) A hibridização dos orbitais atômicos do átomo central determina a geometria molecular ao definir como os orbitais se distribuem no espaço para minimizar repulsões.
b) As hibridações dos átomos centrais são:
  • CH4: sp^3;
  • NH3: sp^3;
  • CO2: sp;
  • BF3: sp^2.
c) As geometrias moleculares esperadas são:
  • CH4: Tetraédrica;
  • NH3: Piramidal trigonal;
  • CO2: Linear;
  • BF3: Trigonal planar.

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