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Química Geometria molecular, polaridade e forças intermoleculares Teoria Teoria da repulsão dos pares eletrônicos Teoria da Repulsão dos Pares Eletrônicos de Valência (TRPEV) → força de repulsão entre os pares eletrônicos ligantes ou não do átomo central. Eles tendem a manter a maior distância possível entre si, porém as forças de repulsão eletrônica não são suficientes para que a ligação entre os átomos seja rompida, logo podemos observar essa distância no ângulo formado entre eles. Tipos de nuvens eletrônicas Uma nuvem eletrônica pode corresponder a: Uma ligação simples: ━ Uma ligação dupla: ═ Uma ligação tripla: ≡ Um par de elétrons não ligante: ∙∙ Possibilidades de correspondência de uma nuvem eletrônica. Pares de elétrons Número de pares ligantes Números de pares não ligantes Geometria 2 2 0 Linear 3 3 0 Trigonal plana 2 1 Angular 4 4 0 Tetraédrica 3 1 Piramidal 2 2 Angular 5 5 0 Bipirâmide trigonal 6 6 0 Octaédrica ATENÇÃO!!! Essa tabela é muito mais extensa, porém esses são os que mais aparecem. Química Geometria molecular É possível determinar a geometria molecular através da análise da quantidade de elementos na fórmula molecular e se existe par de elétrons livres ou não. Vale ressaltar que esse método é baseado na teoria de repulsão dos pares eletrônicos. Durante as análises, vocês irão perceber que, ao retornar à tabela, a resposta final será a mesma. Obs.: o elemento em menor quantidade tende a ser o elemento central na estrutura do composto. Linear Quando a substância for formada por dois elementos ou for formada por três elementos e o átomo central não apresentar par de elétrons livres. Exemplo: HCl (dois elementos) Obs.: com dois elementos sempre é linear. CO2 (três elementos) Olhando para a tabela, vemos que, quando temos dois pares de elétrons ligantes, a geometria é linear. Importante! O ângulo entre essas ligações é de 180°. Angular Quando a substância for formada por três elementos e o átomo central apresentar par de elétrons livres. Exemplo: H2O (três elementos) Olhando para a tabela, temos quatro nuvens eletrônicas, sendo duas de nuvens de elétrons ligantes e duas de não ligantes. Logo, geometria angular. Importante! O ângulo entre essas ligações é de 104°30’ aproximadamente. Química Trigonal plana Quando a substância for formada por quatro elementos e o átomo central não apresentar par de elétrons livres. Exemplo: BF3 (quatro elementos) Olhando para a tabela, temos três nuvens eletrônicas, sendo as três nuvens eletrônicas ligantes. Logo, geometria trigonal plana. Importante! O ângulo entre essas ligações é de 120° aproximadamente. Piramidal Quando a substância for formada por quatro elementos e o átomo central apresentar par de elétrons livres. Exemplo: NH3 (quatro elementos) Olhando para a tabela, temos quatro nuvens eletrônicas, sendo três nuvens eletrônicas ligantes e uma nuvem eletrônica não ligante. Logo, geometria piramidal. Importante! O ângulo entre essas ligações é de 109° aproximadamente. Química Tetraédrica Quando a substância for formada por cinco elementos e o átomo central não apresentar par de elétrons livres. Exemplo: CH4 (cinco elementos) Olhando para a tabela, temos quatro nuvens eletrônicas, sendo as quatro nuvens eletrônicas ligantes. Logo, geometria tetraédrica. Importante! O ângulo entre essas ligações é de 109°28’ aproximadamente. Bipirâmide trigonal Quando a substância for formada por seis elementos e o átomo central não apresentar par de elétrons livres. Exemplo: PCl5 (seis elementos) Octaédrica Quando a substância for formada por sete elementos e o átomo central não apresentar par de elétrons livres. Exemplo: SF6 (sete elementos) 5 nuvens eletrônicas ligantes 4 nuvens eletrônicas ligantes Química Importante! O ângulo entre as ligações na geometria octaédrica é de 90°. Polaridade das ligações ● Ligação iônica: nas ligações iônicas, a transferência de elétrons é definitiva, formação de cátions (positivo) e ânions (negativo). As ligações iônicas são sempre polares. ● Ligação covalente: nas ligações formadas por átomos com a mesma eletronegatividade, não há formação de pólos, pois a diferença de eletronegatividade é igual a zero, formando ligação covalente apolar. Exemplo: Cl2 ∆en = 3,0 – 3,0 → ∆en = 0 Nas ligações formadas por átomos com diferentes eletronegatividades, há formação de polos pois essa diferença é diferente de zero, formando ligação covalente polar. Exemplo: HBr ∆en = 2,8 – 2,1 → ∆en = 0,7 Importante!!! Quando houver diferença de eletronegatividade, haverá a formação de um vetor resultante apontando para o elemento mais eletronegativo. No caso do HBr, o vetor aponta para o Br. Química Esse vetor vai ser fundamental para determinarmos a polaridade das moléculas. Polaridade das moléculas As moléculas podem ser classificadas em moléculas polares e apolares, dependendo do vetor de momento dipolo (𝜇) da molécula ser anulado ou não. ● Molécula apolar: 𝜇 = 0 ● Molécula polar: 𝜇 ≠ 0 Exemplo: CO2 Os vetores possuem a mesma diferença de eletronegatividade por serem entre os mesmos elementos, e possuem a mesma direção e sentidos opostos, fazendo com que se anulem e o momento dipolo (𝜇) seja igual a zero. IMPORTANTE! O vetor sempre aponta para o elemento mais eletronegativo. Outra coisa importante, o símbolo 𝛿 + indica que aquele elemento está com uma carga aparente positiva; por ser o menos eletronegativo, os elétrons estão mais afastados dele na ligação. E o 𝛿 − indica que os elétrons estão mais próximos desse elemento na ligação, por ele ser mais eletronegativo. H2O O oxigênio da água possui dois pares de elétrons que não se ligam a nada, logo esses pares empurram as ligações O-H para baixo, formando, assim, um ângulo entre eles. Os vetores não se anulam como na molécula de CO2. O momento dipolo (𝜇), nesse caso, é diferente de zero. SUPER ATENÇÃO! Moléculas apolares podem apresentar ligações polares, como é o caso do CO2. A ligação entre o carbono e oxigênio é polar porque tem diferença de eletronegatividade, porém a molécula é apolar, porque os dois vetores se anulam. Química Forças intermoleculares Existem três interações intermoleculares que aparecem com mais frequência nos vestibulares. São elas: ● Dipolo induzido-dipolo induzido, van der Waals ou dipolo-induzido → ocorre nas moléculas apolares. Ex.: H2, O2, CO2. ● Dipolo permanente-dipolo permanente ou dipolo-dipolo → ocorre nas moléculas polares, desde que elas não possuam H-FON. Ex.: HCl, HBr, HI, H2S. ● Ligação de hidrogênio → antes, essa força era chamada de ponte de hidrogênio. As ligações de hidrogênio são atrações intermoleculares fortíssimas que ocorrem entre moléculas polares que apresentam ligações do hidrogênio com átomos muito eletronegativos como o flúor, oxigênio e nitrogênio. Ex.: HF, NH3, H2O. IMPORTANTE! H-FON significa dizer que a molécula, além de ser polar, precisa apresentar o hidrogênio ligado diretamente ao flúor, oxigênio ou nitrogênio. Basta ter uma dessas ligações para ser classificado como ligação de hidrogênio. Obs.: O aumento da força é proporcional aos pontos de fusão e ebulição dos compostos. Assunto que nós iremos trabalhar muito mais para frente em outros assuntos. Mas já pega a dica: compostos que apresentam uma interação intermolecular mais forte tendem a apresentar um ponto de fusão e ebuliçãomais elevado. ATENÇÃO! Ligação íon-dipolo A interação íon-dipolo envolve um íon e uma molécula polar, de forma que as cargas que possuam caráter atrativo se aproximam. Portanto, quanto maior a carga do íon relativamente ao dipolo, maior a intensidade da ligação (melhor será a atração). Química Exercícios 1. (UFRGS, 2020) Considere a tira abaixo. O conceito químico, associado a essa tira, pode ser interpretado como a) substâncias apolares são menos densas que a água. b) substâncias polares são geralmente solúveis em água. c) substâncias polares são mais densas que substâncias apolares. d) substâncias apolares são mais solúveis em água que polares. e) substâncias polares e apolares são miscíveis entre si. Química 2. (Uerj, 2018) A cromatografia é uma técnica de separação de substâncias orgânicas a partir da polaridade das suas moléculas. Admita que um corante natural foi analisado por essa técnica e que sua composição apresenta as seguintes substâncias: Após a separação cromatográfica, as moléculas do corante se distribuíram em duas fases: na primeira, identificaram-se as moléculas com grupamentos polares; na segunda, a molécula apolar. A substância presente na segunda fase é indicada por: a) I; b) II; c) III; d) IV. 3. (UFRGS, 2018) Considerando a geometria molecular de algumas moléculas e íons, assinale a alternativa que lista apenas as espécies com geometria trigonal plana. a) CO2, SO2, SO3. b) O3, NH3, NO3–. c) NO3–, O3, CO2. d) NH3, BF3, SO3. e) SO3, NO3–, BF3. Química 4. (Unifor-CE, 2020) Certa vez o famoso astrofísico norte americano Carl Sagan disse que “a beleza de uma coisa viva não são os átomos de que ela é feita, mas o modo como esses átomos estão unidos”. A fala filosófica do cientista é uma reflexão sobre como um conjunto de matéria inanimada pode resultar nas características orgânicas vivas. Para além desta reflexão, os átomos unem-se uns aos outros através de ligações químicas, formando moléculas, e estas, por sua vez, ficam sujeitas aos campos eletromagnéticos uma das outras, atraindo-se ou repelindo-se, dependendo das características de cada uma. O modo como os átomos se unem e como as moléculas interagem entre si, são tão importantes que definem muitas das características físico-químicas das substâncias, como: pontos de fusão e ebulição, dureza etc. Sobre as ligações químicas e as interações intermoleculares, analise as afirmações a seguir: I. Moléculas simples de átomos não metálicos, como o ozônio (O3), são apolares e geralmente apresentam-se no estado gasoso, em condições de T e P ambiente. PORQUE II. As Forças de van der Waals, de caráter fraco, estão presentes quando moléculas apolares interagem entre si. É correto o que se afirma em: a) Apenas a primeira afirmativa é verdadeira. b) Apenas a segunda afirmativa é verdadeira. c) Ambas as afirmativas são verdadeiras e a segunda justifica adequadamente a primeira. d) Ambas as afirmativas são verdadeiras, mas a segunda não justifica adequadamente a primeira. e) Ambas as afirmativas são falsas. 5. (Uerj, 2012) Recentemente, a IUPAC reconheceu a existência de dois novos elementos químicos, cujos símbolos são Uuq e Uuh. Apesar de possuírem átomos instáveis, podem-se prever algumas de suas propriedades com base na Classificação Periódica dos Elementos. Indique o número de elétrons do átomo Uuq no estado fundamental. Em seguida, identifique o tipo de geometria molecular da substância cuja fórmula seja UuhH2. Dado: Química 6. (Fuvest, 2021) Em aquários de água marinha, é comum o uso do equipamento chamado “Skimmer”, aparato em que a água recebe uma torrente de bolhas de ar, como representado na figura, levando a matéria orgânica até a superfície, onde pode ser removida. Essa matéria orgânica eliminada é composta por moléculas orgânicas com parte apolar e parte polar, enquanto as bolhas formadas têm caráter apolar. Esse aparelho, no entanto, tem rendimento muito menor em aquários de água doce (retira menos quantidade de material orgânico por período de uso). Considerando que todas as outras condições são mantidas, o menor rendimento desse aparato em água doce do que em água salgada pode ser explicado porque a) a polaridade da molécula de água na água doce é maior do que na água salgada, tornando as partes apolares das moléculas orgânicas mais solúveis. b) a menor concentração de sais na água doce torna as regiões apolares das moléculas orgânicas mais solúveis do que na água salgada, prejudicando a interação com as bolhas de ar. c) a água doce é mais polar do que água salgada por ser mais concentrada em moléculas polares como a do açúcar, levando as partes polares das moléculas orgânicas a interagir mais com a água doce. d) a reatividade de matéria orgânica em água salgada é maior do que em água doce, fazendo com que exista uma menor quantidade de material dissolvido para interação com as bolhas de ar. e) a concentração de sais na água marinha é maior, o que torna as partes apolares das moléculas orgânicas mais propensas a interagir com os sais dissolvidos, promovendo menor interação com as bolhas de ar. 7. (UEM, 2018) As espécies CO2, NO2 e SO2 são gases em condições normais de temperatura e de pressão. Assinale a(s) alternativa(s) correta(s) em relação a essas três espécies químicas. (01) Elas são espécies químicas moleculares. (02) Elas são espécies químicas polares. (04) Apenas uma delas possui geometria molecular linear. (08) Pelo menos uma delas possui geometria molecular trigonal plana. (16) Apenas uma delas possui um par de elétrons não ligantes no átomo central. Soma: ( ) Química 8. (UPF, 2018) Muitas das propriedades físicas das substâncias moleculares, como temperatura de fusão, temperatura de ebulição e solubilidade, podem ser interpretadas com base na polaridade das moléculas. Essa polaridade se relaciona com a geometria molecular e com o tipo de interações intermoleculares. O quadro a seguir apresenta algumas substâncias e suas respectivas temperaturas de ebulição a 1 atm. Substâncias TE (°C) A CH4 -161,5 B HCl -85 C H2O 99,97 Com base nas informações apresentadas, analise as seguintes afirmativas: I. quanto mais intensas forem as forças intermoleculares, maior a temperatura de ebulição de uma substância molecular; II. as interações intermoleculares nas moléculas são A: dipolo induzido-dipolo induzido, B: dipolo- dipolo, C: ligação de hidrogênio; III. A geometria molecular e a polaridade das substâncias são: A: tetraédrica e apolar, B: linear e polar, C: linear e polar. Está incorreto apenas o que se afirma em: a) III; b) I e III; c) I e II; d) II e III; e) I. Química Gabarito 1. B Substâncias de polaridades semelhantes tendem a se misturarem ou a se dissolverem. Por isso, o conceito químico associado a essa tira pode ser interpretada como: substâncias polares são geralmente solúveis em água, pois a água também é polar. 2. A A substância presente na segunda fase é apolar (�⃗⃗� = 0⃗⃗). Trata-se da substância I, que possui apenas átomos de carbono e hidrogênio em sua estrutura. 3. E As espécies que apresentam geometria trigonal plana são SO3, NO3–, BF3, como representado na imagem. 4. C Moléculas simples são formadas por um mesmo elemento. Sendo assim, não haverá diferença de eletronegatividade. Portanto, o vetor resultante será zero e a molécula apolar. Nas moléculas apolares nós teremos a interação intermolecular mais fraca, conhecida como dipolo induzido - dipolo induzido ou forças de Van Der Waals. Por ser uma interação fraca, esses compostos costumam estarno estado gasoso na temperatura ambiente. 5. Considerando que no estado fundamental Z = e-, então o átomo possui 114 elétrons. Como o UuH está na família VI A (Grupo 16), há 6 elétrons na camada de valência para adquirir com o hidrogênio. Ele irá compartilhar um elétron com cada átomo de hidrogênio. Restará então par de elétrons livres no átomo central (Uuh). Sendo assim, a geometria é angular. 6. B Como a água do mar apresenta uma maior quantidade de sais dissolvidos, sua polaridade tende a ser mais polar que a água doce que é menos polar. Desse modo, na água doce, a região apolar das moléculas orgânicas é mais solúvel do que na água do mar e assim, interagem menos com as bolhas de ar apolares. Sendo assim, o arraste das moléculas orgânicas pelas bolhas de ar é diminuído. 7. 01 + 04 + 16 = 21 (01) Correta. Elas são espécies químicas moleculares, ou seja, são exemplos de moléculas. (02) Incorreta. CO2 é apolar, NO2 e SO2 são polares. Química (04) Correta. Apenas a molécula de CO2 possui geometria molecular linear. (08) Incorreta. CO2 é linear, NO2 e SO2 são angulares. (16) Correta. Apenas o SO2 possui um par de elétrons não ligantes no átomo central. 8. A I. Correto. Quanto mais intensas forem as forças intermoleculares, maior a temperatura de ebulição (mudança do estado de agregação líquido para gasoso) de uma substância molecular. II. Correto. As interações intermoleculares nas moléculas são A (CH4): dipolo induzido-dipolo induzido (molécula apolar); B (HCl): dipolo-dipolo (molécula polar); C (H2O): ligação de hidrogênio (molécula polar que apresenta o grupo OH). III. Incorreto. A geometria molecular e a polaridade das substâncias são:
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