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 |
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.
- a) Representa a estrutura de Lewis da molécula de CO₂, indicando as ligações e os pares eletrónicos não ligantes de cada átomo.
- b) Indica quantos grupos de pares eletrónicos existem em torno do átomo de carbono.
- 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.
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.
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.
- a) Representa a estrutura de Lewis da molécula de BF₃.
- b) Indica quantos pares eletrónicos não ligantes existem no átomo central.
- c) Indica a geometria da molécula e o valor do ângulo de ligação, justificando com base na repulsão dos pares eletrónicos de valência.
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.
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.
- a) Indica, para cada uma das três moléculas, quantos desses pares são ligantes e quantos são não ligantes.
- b) Indica o nome da geometria de cada uma das três moléculas.
- 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.
- d) Prevê se o ângulo de ligação no ião amónio, NH₄⁺, é maior ou menor do que na molécula de amoníaco. Justifica.