Repulsão dos pares eletrónicos de valência
Numa aula de Física e Química A, a Mariana monta modelos moleculares com bolas e varetas. A molécula de água fica sempre dobrada e a de dióxido de carbono fica direita. Porquê? A resposta está na forma como os pares de eletrões em torno do átomo central se afastam uns dos outros.
Pares ligantes e pares não ligantes
Na estrutura de Lewis de uma molécula, os eletrões da camada de valência surgem em pares. Há dois tipos:
-
pares ligantes: pares partilhados entre dois átomos, que formam a ligação covalente;
-
pares não ligantes: pares que pertencem apenas a um átomo e não participam em nenhuma ligação.
No amoníaco, NH₃, o átomo de azoto tem 5 eletrões de valência. Três deles formam ligações com os átomos de hidrogénio e os outros dois formam um par não ligante.
Para prever a geometria, conta-se o número de grupos de pares eletrónicos em torno do átomo central. Uma ligação dupla ou tripla conta como um só grupo, porque todos os seus eletrões ocupam a mesma região entre os dois átomos.
A molécula de amoníaco, NH₃, é usada no laboratório da escola para estudar a forma das moléculas. A figura seguinte representa a estrutura espacial dessa molécula, com o…
A molécula de amoníaco, NH₃, é usada no laboratório da escola para estudar a forma das moléculas. A figura seguinte representa a estrutura espacial dessa molécula, com o átomo de azoto no centro.
- a) Indica quantos pares eletrónicos ligantes e quantos pares eletrónicos não ligantes existem em torno do átomo de azoto.
- b) Indica o nome da geometria da molécula de amoníaco.
- c) Segundo a teoria da repulsão dos pares eletrónicos de valência, os pares não ligantes repelem os pares ligantes com mais intensidade do que estes se repelem entre si. Explica, com base nessa ideia, por que razão o ângulo de ligação assinalado na figura é menor do que o ângulo tetraédrico, $109,5^\circ$.
A teoria da repulsão dos pares de valência
Os pares de eletrões têm todos carga negativa, por isso repelem-se. Na teoria da repulsão dos pares eletrónicos de valência (TRPEV), os grupos de pares em torno do átomo central dispõem-se de modo a ficarem o mais afastados possível, o que minimiza a repulsão e dá estabilidade à molécula.
Uma imagem ajuda: atam-se 2, 3 ou 4 balões pelos bicos. Os balões afastam-se naturalmente e a disposição que adotam depende só do número deles.
| Grupos de pares | Disposição | Ângulo entre grupos |
|---|---|---|
| 2 | linear | 180° |
| 3 | trigonal plana | 120° |
| 4 | tetraédrica | 109,5° |
Pares não ligantes e ângulos de ligação
Quando há pares não ligantes, a disposição dos grupos continua a ser a mesma (por exemplo, tetraédrica com 4 grupos), mas só se veem os átomos. A geometria da molécula é a forma que esses átomos desenham.
Um par não ligante está só preso a um núcleo e ocupa mais espaço do que um par ligante, que é «puxado» pelos dois núcleos. Por isso, os pares não ligantes repelem mais do que os ligantes. Ordem das repulsões:
$$\text{não ligante–não ligante} > \text{não ligante–ligante} > \text{ligante–ligante}$$Os pares não ligantes «empurram» os ligantes e fecham o ângulo de ligação.
| Molécula | Grupos | Pares ligantes | Pares não ligantes | Geometria | Ângulo |
|---|---|---|---|---|---|
| CH₄ | 4 | 4 | 0 | tetraédrica | 109,5° |
| NH₃ | 4 | 3 | 1 | piramidal trigonal | 107° |
| H₂O | 4 | 2 | 2 | angular | 104,5° |
A água é a substância mais abundante no laboratório escolar. A figura seguinte representa a estrutura espacial da molécula de água, H₂O, com o átomo de oxigénio no…
A água é a substância mais abundante no laboratório escolar. A figura seguinte representa a estrutura espacial da molécula de água, H₂O, com o átomo de oxigénio no centro.
- a) Indica quantos pares eletrónicos ligantes e quantos pares eletrónicos não ligantes existem em torno do átomo de oxigénio.
- b) Indica o nome da geometria da molécula de água.
- c) O ângulo de ligação na molécula de água é cerca de $104,5^\circ$ e na molécula de amoníaco é cerca de $107^\circ$. Explica esta diferença com base no número de pares eletrónicos não ligantes em torno do átomo central.
- d) Ordena as moléculas CH₄, NH₃ e H₂O por ordem crescente do ângulo de ligação. Justifica a tua resposta.
Como prever a geometria
Resumo do método: (1) estrutura de Lewis; (2) contar grupos em torno do átomo central; (3) ver quantos são não ligantes; (4) nomear a geometria e estimar o ângulo.
O Tiago está a preparar-se para o teste de Física e Química A e resumiu numa tabela a informação sobre três moléculas, mas deixou-a incompleta. Sabe-se que, em torno do…
O Tiago está a preparar-se para o teste de Física e Química A e resumiu numa tabela a informação sobre três moléculas, mas deixou-a incompleta. Sabe-se que, em torno do átomo central, o dióxido de carbono tem dois grupos de pares eletrónicos (cada ligação dupla conta como um só grupo), o trifluoreto de boro tem três pares ligantes e o metano tem quatro pares ligantes; em nenhum dos três casos há pares não ligantes no átomo central.
| Molécula | Grupos de pares eletrónicos | Geometria | Ângulo de ligação |
|---|---|---|---|
| CO₂ | 2 | ||
| BF₃ | 3 | ||
| CH₄ | 4 |
- a) Copia e completa a tabela.
- b) Explica por que razão cada ligação dupla do CO₂ conta como um único grupo de pares eletrónicos.
- c) Indica o que a disposição dos grupos de pares eletrónicos destas três moléculas tem em comum e relaciona-o com a teoria da repulsão dos pares eletrónicos de valência.