Considere as moléculas , , , e . Defina suas geometrias moleculares e ânguloes de ligação. Com base nesses dados, identifique eventuais estados hibridizados e momentos de dipolo elétrico nestas moléculas.
Passo 1
Respira fundo e vai:
Pra começar, precisamos das estruturas de Lewis:
1°. Identificar o átomo central: considerando aquela história do cara que está em menor quantidade, os átomos centrais serão C, O, N, B e Si né?
2°. Ligar todo mundo no átomo central.
3°. O terceiro passo a gente só usa quando sobrar átomo sem ligar em ninguém.
4°. Contar o número de elétrons de valência dos átomos da molécula.
A contagem de elétrons de valência fica assim:
Pro , com um carbono e dois oxigênios:
Pro , com um oxigênio e doi hidrogênios:
Pro , com um nitrogênio e três flúores:
Pro , com um boro e três iodos:
Pro , com um silício e quatro hidrogênios:
Elétrons contados, vamos pro próximo passo.
5°. Completar o octeto da galera.
Bora encher aquelas estruturas de dois pontinhos, até todo mundo ficar com 8 elétrons (com exceção do hidrogênio, que completa o octeto com dois).
O ficou com 20 elétrons e precisa ficar com 16: precisamos fazer ligações múltiplas.
O já tá comportadinho, com os 8 elétrons calculados no 4° passo.
O também não vai dar dor de cabeça.. 26 elétrons, como queremos.
O ficou com 26 elétrons e só pode ter 24. A solução “normal” seria fazermos ligação múltipla. Mas se você forçar muuuuuuuito a sua memória, talvez consiga lembrar que num tempo longínquo comentamos que o boro é um cara estranho e às vezes completa um pseudoocteto com 6 elétrons. Bem.. é isso que ele vai fazer aqui. Vamos tirar aquele par de elétrons não ligante dele.
O tambémm tá comportado.. 8 elétrons. Nenhuma alteração precisa ser feita.
Com as alterações, nossas estruturas ficam assim:
6°. Estudo das cargas formais.
Que coisa mais linda! Estruturas de Lewis prontas.
Aí você quase fica feliz.. e lembra que só foi a metade da questão.
Passo 2
O enunciado pede pra achar a hibridação pela geometria, e não o contrário.
Pro , colocando as ligações o mais distante possível, a gente fica com a geometria linear, onde o ângulo entre as ligações é de 180°.
Essa geometria (e esse arranjo) são típicos da hibridação . Também poderia ser , caso houvesses 5 pares de elétrons ao redor do átomo central e só dois ligantes.
Com essa hibridação, o carbono “guarda” dois orbitais para as ligações .
Quanto ao momento dipolo da molécula: cada ligação C=O é polar, uma vez que a eletronegatividade do C é diferente da eletronegatividade do O. Como o O é mais eletronegativo, o momento dipolo parte do carbono em direção ao oxigênio.
Agora, como as ligações estão distantes por 180°, com um vetor momento dipolo apontando pra cada lado, o vetor resultante é nulo e a molécula é apolar!
Passo 3
Na molécula de água, agora.
O oxigênio coloca aqueles quatro elétrons o mais distante possível uns dos outros. Com isso forma um arranjo tetraédrico, típico da hibridação .
No tetraedro os ângulos entre as ligações é de 109,5°. Porém, na molécula de água, com duas posições sendo ocupadas por pares de elétrons isolados (não ligantes), com maior repulsão, o ângulo entre os dois hidrogênios diminui um pouco, ficando em torno de 104°,105°.
Bem, no arranjo tetraédrico om dois ligantes, a geometria da molécula é angular.
As ligações O-H são polares e o polo negativo é o oxigênio. Considerando a geometria angular, os momentos dipolo vão se anular na horizontal, mas serão somados na vertical: a molécula de água é polar!
Passo 4
Na molécula de , o nitrogênio tem 4 pares de elétrons pra acomodar. E colocando eles o mais longe possível, o arranjo espacial fica tetraédrico.
Os ângulos entre as ligações de um tetraedro comum seria 109,5°. Como uma das posições é ocupada por um par de elétrons não ligante, que oferece mais repulsão, as outras ligações vão se aproximar um pouco, formando ângulos de cerca de 107° entre si.
O arranjo tetraédrico é típico da hibridação .
Como só existem ligantes em três posições, a geometria fica piramidal.
As N-F são polares, sendo o F mais eletronegativo. Considerando a geometria piramidal, o momento dipolo total/resultante da molécula é diferente de zero, e a molécula é polar.
Passo 5
Nossa estrutura de Lewis pro mostra 3 pares de elétrons no boro. Afastando esses pares de elétrons o máximo possível, a molécula vai se organizar num arranjo espacial trigonal planar. Sem pares de elétrons não ligantes, todas as posições são ocupadas por ligantes e a geometria também será trigonal planar.
Assim os ângulos entre as ligações serão de 120°. Como as três ligações são equivalentes, não há distorções nos ângulos: a molécula é um triângulo planar “perfeito”.
O arranjo trigonal planar é típico da hibridação .
Embora cada ligação B-I seja polar, o momento dipolo resultante é nulo e a molécula é apolar.
Passo 6
Nossa estrutura de Lewis pro mostra 4 pares de elétrons no silício. Afastando esses pares de elétrons o máximo possível, a molécula vai se organizar num arranjo espacial tetraédrico, onde os ângulos entre as ligções são de, aproximadamente, 109,5°.
O arranjo tetraédrico é típico da hibridação .
Como todas as posições são ocupadas por ligantes (nenhum par de elétrons não ligante), não há distorções e a geometria da molécula é tetraédrica perfeita.
As ligações Si-H são polares, mas o momento dipolo resultante é nulo, tal que a molécula de é apolar.
Resposta
: geometria linear, ângulo de 180°, hibridação , molécula apolar.
: geometria angular, ângulo
: geometria trigonal piramidal, ângulo
: geometria trigonal planar, ângulo de 120°, hibridação , molécula apolar.
: geometria tetraédrica, ângulo de 109,5°, hibridação , molécula apolar.