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Geometria molecular, polaridade e energia de ligação · Geometria molecular por repulsão dos pares eletrónicos de valência

Geometria de moléculas simples

Numa aula de laboratório, a Mariana pergunta: «Porque é que a molécula de água é dobrada e a de dióxido de carbono é esticada, se ambas têm três átomos?» A resposta está nos pares de eletrões à volta do átomo central. Neste apartado vais aprender a prever a forma de uma molécula a partir da sua estrutura de Lewis.

Do Lewis à geometria

Os pares de eletrões da camada de valência repelem-se, porque têm todos carga negativa. Por isso, dispõem-se no espaço o mais afastados possível uns dos outros. A forma da molécula resulta dessa disposição.

Para prever a geometria, segue sempre estes passos:

Grupos de pares Ligantes Não ligantes Geometria da molécula Ângulo Exemplo
2 2 0 linear 180° CO₂
3 3 0 trigonal plana 120° BF₃
3 2 1 angular ≈ 120° SO₂
4 4 0 tetraédrica 109,5° CH₄
4 3 1 piramidal trigonal 107° NH₃
4 2 2 angular 104,5° H₂O
Três disposições de grupos de pares eletrónicos: linear com dois grupos, trigonal plana com três grupos e tetraédrica com quatro grupos. 2 grupos: linear 180° 3 grupos: trigonal plana 120° 4 grupos: tetraédrica 109,5°
Pratica★★☆Por começar
O carbono tem quatro eletrões de valência e o oxigénio tem seis. Na molécula de dióxido de carbono, CO₂, o carbono é o átomo central. a) Representa a estrutura de Lewis…

O carbono tem quatro eletrões de valência e o oxigénio tem seis. Na molécula de dióxido de carbono, CO₂, o carbono é o átomo central.

  1. a) Representa a estrutura de Lewis da molécula de CO₂, indicando as ligações e os pares eletrónicos não ligantes de cada átomo.
  2. b) Indica quantos grupos de pares eletrónicos existem em torno do átomo de carbono.
  3. c) Indica a geometria da molécula e o valor do ângulo de ligação. Justifica a tua resposta com base na teoria da repulsão dos pares eletrónicos de valência.
Resolver

Uma exceção à regra do octeto: o BF₃

Nem todas as moléculas cumprem o octeto. No trifluoreto de boro, o boro tem apenas três eletrões de valência e forma três ligações simples com o flúor. Fica com seis eletrões à sua volta, e não oito.

Repara que o método não mudou: contas grupos em torno do átomo central, mesmo que o octeto não se cumpra.

Pratica★★☆Por começar
No trifluoreto de boro, BF₃, o átomo de boro — que tem apenas três eletrões de valência — fica rodeado por seis eletrões, constituindo uma exceção à regra do octeto. a)…

No trifluoreto de boro, BF₃, o átomo de boro — que tem apenas três eletrões de valência — fica rodeado por seis eletrões, constituindo uma exceção à regra do octeto.

  1. a) Representa a estrutura de Lewis da molécula de BF₃.
  2. b) Indica quantos pares eletrónicos não ligantes existem no átomo central.
  3. c) Indica a geometria da molécula e o valor do ângulo de ligação, justificando com base na repulsão dos pares eletrónicos de valência.
Resolver

Quatro grupos: metano, amoníaco e água

Nas moléculas CH₄, NH₃ e H₂O, o átomo central tem sempre quatro grupos de pares, dispostos num tetraedro. Mas o número de pares ligantes muda, e por isso a forma da molécula também.

Molécula Pares ligantes Pares não ligantes Geometria Ângulo
CH₄ 4 0 tetraédrica 109,5°
NH₃ 3 1 piramidal trigonal 107°
H₂O 2 2 angular 104,5°

Porque é que os ângulos diminuem? Um par não ligante pertence apenas ao átomo central, por isso ocupa mais espaço e repele mais do que um par ligante, que é «puxado» por dois núcleos. A ordem das repulsões é:

$$\text{não ligante–não ligante} > \text{não ligante–ligante} > \text{ligante–ligante}$$

Quanto mais pares não ligantes, mais os pares ligantes são empurrados uns contra os outros e menor é o ângulo de ligação.

Pratica★★☆Por começar
Nas moléculas de metano (CH₄), de amoníaco (NH₃) e de água (H₂O), o átomo central está rodeado por quatro pares eletrónicos, que se dispõem no espaço segundo um…

Nas moléculas de metano (CH₄), de amoníaco (NH₃) e de água (H₂O), o átomo central está rodeado por quatro pares eletrónicos, que se dispõem no espaço segundo um tetraedro.

  1. a) Indica, para cada uma das três moléculas, quantos desses pares são ligantes e quantos são não ligantes.
  2. b) Indica o nome da geometria de cada uma das três moléculas.
  3. c) Os ângulos de ligação são $109,5^\circ$ no metano, $107^\circ$ no amoníaco e $104,5^\circ$ na água. Explica esta sequência com base na repulsão entre pares eletrónicos ligantes e não ligantes.
  4. d) Prevê se o ângulo de ligação no ião amónio, NH₄⁺, é maior ou menor do que na molécula de amoníaco. Justifica.
Resolver

Em resumo

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