As três espécies
e
têm ângulos de ligação
de
e
, respectivamente. Explique essa variação no ângulo de ligação.
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente tem três espécies químicas:
,
e
. Cada uma delas tem um ângulo entre as ligações
que varia: 105°, 107° e 109°, respectivamente. Nosso objetivo aqui é entender por que esses ângulos são diferentes em cada uma dessas moléculas.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que os ângulos de ligação em moléculas estão relacionados com a geometria molecular, que depende da disposição dos pares de elétrons ao redor do átomo central (neste caso, o nitrogênio, N). A teoria que nos ajuda a entender isso é a Teoria da Repulsão dos Pares de Elétrons da Camada de Valência (VSEPR).
Passo 3
De acordo com a teoria VSEPR, os pares de elétrons (ligantes e não ligantes) ao redor do átomo central se organizam de forma a minimizar as repulsões entre eles. Isso determina a geometria da molécula e, consequentemente, os ângulos de ligação.
Passo 4
Vamos analisar cada espécie:
-
: Tem dois átomos de hidrogênio ligados ao nitrogênio e um par de elétrons não ligantes extra (porque é um ânion). Isso totaliza três pares de elétrons ao redor do nitrogênio. -
: Possui três átomos de hidrogênio ligados ao nitrogênio e um par de elétrons não ligantes. Totalizando quatro pares de elétrons. -
: Aqui, temos quatro átomos de hidrogênio ligados ao nitrogênio e nenhum par de elétrons não ligantes, já que é um cátion.
Passo 5
Agora, vamos relacionar isso com os ângulos de ligação:
-
(105°): Com três pares de elétrons, a geometria é trigonal planar, mas o par não ligante exerce repulsão adicional, reduzindo um pouco o ângulo. -
(107°): Quatro pares de elétrons (três ligantes e um não ligante) resultam em uma geometria tetraédrica ligeiramente predita, mas o par não ligante ainda puxa mais os pares ligantes, diminuindo o ângulo em relação ao tetraedro perfeito (109,5°). -
(109°): Aqui temos quatro pares ligantes sem pares não ligantes, resultando em uma geometria tetraédrica mais próxima do ângulo ideal de 109,5°, mas ligeiramente menor devido a pequenos ajustes na repulsão dos pares.
Resposta
A variação nos ângulos de ligação entre
,
e
ocorre devido ao número de pares de elétrons não ligantes presentes em cada espécie. Esses pares afetam a geometria molecular e a repulsão entre os elétrons, resultando em diferentes ângulos de ligação: 105° para
, 107° para
e 109° para
.