Aula 5 - Química

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Aula 5 - Qúımica
Enzo dos Santos Benvenga
Junho de 2022
1 Introdução
Nesta aula, discutiremos acerca da Geometria Molecular, abordando a teoria e
as estruturas geométricas que sustentam o estudo da Geometria Molecular. Ao
final da aula, resolveremos questões, a fim de fixar de forma direta o conteúdo.
2 A Geometria Molecular
Os átomos, quando formam moléculas, organizam-se no espaço buscando maior
estabilidade, formando, assim, diferentes estruturas geométricas. Como as pro-
priedades f́ısicas e qúımicas dos compostos estão ligadas a suas estruturas, a
geometria molecular é um assunto de grande importância na qúımica, uma vez
que, como dito, ela demonstra a organização espacial dos átomos de cada el-
emento consituinte de uma molécula. Hoje sabemos que as moléculas bem
simples, como H2, O2, HCl, H2O, por exemplo, são moléculas planas. As
moléculas mais complexas, porém, são quase sempre tridimensionais, isto é,
têm seus átomos arrumados em uma estrutura espacial. Assim, passou-se a
falar em geometria molecular. Um caso bastante comum é o da existência de
um átomo central rodeado, no espaço, por vários outros átomos.
Uma teoria simples e que fornece um método confiável para prever a ge-
ometria de uma molécula é a Teoria da Repulsão dos Pares Eletrônicos
da Camada de Valência. Esse modelo se baseia na ideia de que os pares de
elétrons da camada de valência do átomo central se repelem e tendem a ficar o
mais longe posśıvel uns dos outros.
2.1 A Notação de Lewis
Lewis percebeu que as ligações qúımicas poderiam ser explicadas se os elétrons
da camada de valência envolvidos fossem representados da forma que atual-
mente conhecemos como śımbolo de Lewis. Em resumo, utilizamos o número
de elétrons na camada de valência ao redor do átomo, conforme mostra a figura
abaixo:
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2.2 Geometria Linear
Nos compostos qúımicos que possuem moléculas organizadas segundo a geome-
tria molecular linear, o ângulo que se forma entre os átomos envolvidos é sempre
de 180◦. Assim, podemos representá-la da seguinte forma:
Os principais exemplos são: CO, SiO2, HCN , CO2, Cl2.
2.3 Geometria Angular
Aparece quando o átomo central apresenta elétrons que não fazem parte da
ligação qúımica. Como discutido anteriormente, esses elétrons realizam uma
força de repulsão com os átomos e, em decorrência disso, esses átomos sofrem
um deslocamento para baixo, criando um ângulo entre as ligações, conforme
visto na figura abaixo:
Os principais exemplos são: H2O, SO2, H2S.
2.4 Geometria Trigonal Plana
Como o nome indica, a geometria é plana. Além disso, podemos destacar ele-
mentos importantes dessa estrutura, como, por exemplo, a ausência de elétrons
que não fazem ligações. Dessa forma, podemos dizer que todos os elétrons real-
izam ligações qúımicas, conforme vemos abaixo:
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Os principais exemplos são: BF3, SO3, BH3.
2.5 Geometria Piramidal
Ocorre quando há uma molécula tetratômica cujo átomo central liga-se dire-
tamente a três outros átomos. Essa estrutura apresenta, obrigatoriamente,
uma nuvem eletrônica não ligante, ou seja, apresenta elétrons que não real-
izam ligação qúımica, criando uma força de repulsão que desloca para baixo as
outras ligações, como vemos abaixo:
Os principais exemplos são: NH3, PCl3.
2.6 Geometria Tetraédrica
Molécula pentatômica constitúıda por cinco átomos cujo átomo central não tem
nuvem eletrônica não ligante, ou seja, não realiza ligação qúımica. Dessa forma,
liga-se diretamente aos outros quatro átomos, como vemos abaixo:
Os principais exemplos são: CH4, BF4, NH4, CCl4.
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2.7 Geometria Bipiramidal
Ocorre quando há uma molécula hexatômica cujo átomo central está direta-
mente ligado aos cinco outros átomos, ou seja, não há elétrons sobrando no
átomo central, conforme vemos na imagem:
Os principais exemplos são: PCl5, PF5.
2.8 Geometria Octaédrica
Ocorre quando há moléculas heptatômicas cujo átomo central está diretamente
ligado a outros seis átomos, ou seja, não há nuvem eletrônica não ligante, con-
forme vemos na imagem:
Os principais exemplos são: SF6, PF6.
3 Polaridade das Ligações
Quando dois átomos realizam um compartilhamento de elétrons, ambos ex-
ercem atração simultaneamente sobre o par de elétrons compartilhado. A força
de atração que cada átomo participante da ligação exerce está diretamente rela-
cionada à sua eletronegatividade. Uma vez que ainda não estudamos as pro-
priedades de eletronegatividade dos elementos, deixo aqui uma ordem para ser
seguida. Partindo do mais eletronegativo para o menos eletronegativo, temos:
F,O,N,Cl,Br, I, S, C, P,H.
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Para determinar a polaridade de uma molécula, devemos levar em consideração
a polaridade da ligação e a geometria da molécula.
3.1 Ligação Covalente Polar
Quando uma ligação covalente é realizada por dois átomos diferentes, a força
de atração deles pelo par de elétrons não será a mesma, pois átomos de elemen-
tos diferentes apresentam eletronegatividades diferentes. Dessa forma, o par
de elétrons compartilhado será mais atráıdo pelo átomo de maior eletronega-
tividade. Em resumo, dizemos que a ligação é polar se seu momento dipolo é
diferente de 0. Em termos matemáticos, se µ⃗ ̸= 0, a molécula é polar. Podemos
observar isso nas imagens que se seguem:
Nesse caso, como é observamos, o momento dipolo é diferente de 0, uma vez que
os vetores NÃO se cancelam.
Nesse caso, como é observamos, o momento dipolo é diferente de 0, uma vez que
os vetores NÃO se cancelam.
3.2 Ligação Covalente Apolar
Quando uma ligação covalente é realizada por dois átomos iguais, a força de
atração deles pelo par de elétrons será a mesma, pois ambos apresentam a
mesma eletronegatividade. Dessa forma, podemos dizer que o par de elétrons
está igualmente compartilhado entre esses dois átomos. Esse tipo de ligação
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é chamado ligação covalente apolar, pois não há acúmulo de elétrons em nen-
huma região e, consequentemente, não há a formação de polos. Em resumo,
dizemos que a ligação é apolar se seu momento dipolo é igual a 0. Em termos
matemáticos, se µ⃗ = 0, a molécula é apolar. Podemos observar isso nas imagens
que se seguem:
Nesse caso, como é observamos, o momento dipolo é igual a 0, uma vez que os
vetores se cancelam.
Nesse caso, como é observamos, o momento dipolo é igual a 0, uma vez que os
vetores se cancelam.
4 Questões
Agora, a fim de fixar bem o que foi visto, realize as questões propostas.
4.1 Questão 1
Considerando-se as ligações entre os átomos e a geometria molecular da amônia
(NH3), conclui-se que a fórmula estrutural dessa substância é:
4.2 Questão 2
Complete a tabela a seguir.
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4.3 Questão 3
Indique a ordem correta de eletronegatividade dos elementos flúor, cloro, oxigênio,
bromo e carbono.
4.4 Questão 4
Sejam dadas as seguintes moléculas: H2O, BeH2, BCl3 e CCl4. As con-
figurações espaciais dessas moléculas são, respectivamente:
a) angular, linear, trigonal, tetraédrica.
b) angular, trigonal, linear, tetraédrica.
c) angular, linear, piramidal, tetraédrica.
d) trigonal, linear, angular, tetraédrica
4.5 Questão 5
Considere o conjunto de substâncias qúımicas: BeH2, BF3, H2O,NH3, CH4.
O número de substâncias com geometria trigonal plana é igual a:
a) 0
b) 1
c) 2
d) 3
4.6 Questão 6
Qual molécula abaixo apresenta a mesma caracteŕıstica da água, em termos de
polaridade?
a) CCl4
b) NH3
c) CO2
d) H2
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4.7 Questão 7
A queima de florestas é uma das imagens mais negativas do Brasil no exterior.
Durante a queima são liberadas toneladas de gás carbônico, um dos gases do
efeito estufa. A derrubada de florestas altera o equiĺıbrio ecológico da região,
interferindo no ciclo das chuvas e na fertilidade do solo. Pode-se afirmar corre-
tamente que as geometrias moleculares e as polaridades das moléculas de água
e de gás carbônicosão, respectivamente,
a) linear e polar; angular e apolar.
b) angular e apolar; linear e apolar.
c) angular e polar; linear e polar.
d) angular e polar; linear e apolar.
e) linear e apolar; angular e polar.
4.8 Questão 8
Um dos principais desafios mundiais, nos dias de hoje, é obter água de boa qual-
idade. É a água uma molécula simples, mas fundamental para a sobrevivência
humana. A água é uma molécula que possui geometria *; por isso, é *. Assinale
a alternativa que completa corretamente os asteriscos.
a) linear – polar.
b) linear – apolar.
c) angular – polar.
d) angular – apolar.
e) piramidal – polar.
4.9 Questão 9
Considerando o modelo de repulsão dos pares de elétrons da camada de valência,
cite e justifique ao menos um elemento que apresenta a geometria trigonal plana
e é apolar.
4.10 Questão 10
Escreva as fórmulas eletrônicas de Lewis, a quantidade de nuvens eletrônicas ao
redor do átomo central, quantos átomos estão ligados ao átomo central e, por
fim, a geometria molecular dos seguintes compostos:
a) HBr
b) H2S
c) H2
d) O2
e) CO
f) BeCl2
g) SO2
h) BF3
i) H2O
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j) NH3
k) CH4
4.11 Questão 11
Considerando a molécula de amônia, assinale a alternativa correta.
a) A geometria molecular corresponde a um tetraedro regular.
b) O átomo de nitrogênio e dois átomos de hidrogênio ocupam os vértices
de um triângulo equilátero.
c) O centro da pirâmide formada pelos átomos de nitrogênio e pelos átomos
de hidrogênio é ocupado pelo par de elétrons livres.
d) Os átomos de hidrogênio ocupam os vértices de um triângulo equilátero.
e) As arestas da pirâmide formada pelos átomos de nitrogênio e pelos átomos
de hidrogênio correspondem a ligações iônicas.
4.12 Questão 12
De acordo com a Teoria da repulsão dos pares eletrônicos da camada de valência,
os pares de elétrons em torno de um átomo central se repelem e se orientam
para o maior afastamento angular posśıvel. Considere que os pares de elétrons
em torno do átomo central podem ser uma ligação covalente (simples, dupla ou
tripla) ou simplesmente um par de elétrons livres (sem ligação).
Com base nessa teoria, é correto afirmar que a geometria molecular do
dióxido de carbono é:
a) trigonal plana.
b) piramidal.
c) angular.
d) linear.
e) tetraédrica.
4.13 Questão 13
Marque a opção que mostra correlação entre a molécula, sua geometria e sua
polaridade:
a) CCl4, tetraédrica e polar.
b) PBr3, piramidal e apolar.
c) BeF2, angular e polar.
d) CO2, linear e apolar.
e) NH3, angular e apolar.
4.14 Questão 14
Em ordem, apresente a geometria molecular das seguintes moléculas: NH3,
CH4, SO2.
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4.15 Questão 15
Considere a estrutura de Lewis de um tricloreto. São feitas as seguintes afirmações
a respeito da estrutura geométrica da molécula e a posśıvel identidade do átomo
X:
I. A molécula adota uma estrutura trigonal plana, com ângulo de ligação
Cl −X − Cl maior ou igual a 120◦.
II. A molécula adota uma estrutura tetraédrica, com ângulo de ligação Cl−
X − Cl maior que 109, 5◦.
III. O átomo ”X” pode ser o nitrogênio, preservando a geometria molecular.
IV. O átomo ”X” pode ser o boro, preservando a geometria molécula.
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