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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS / ESCOLA DE BELAS ARTES QUÍMICA PARA RESTAURADORES – PROF.: João Cura D´Ars de Figueiredo Junior CADERNO DE EXERCÍCIOS D – GEOMETRIA MOLECULAR Consulte a tabela abaixo para os exercícios de geometria molecular. Linear Trigonal Plana Angular Tetraédrica Pirâmide Trigonal Angular Bipirâmide Trigonal Gangorra T Octaédrica Pirâmide de base quadrada Quadrático Plano Alguns planos e sólidos que dão nomes às geometrias estão representados abaixo: Trigonal Plana Tetraédrica Pirâmide Trigonal Bipirâmide Trigonal Octaédrica Pirâmide de base quadrada 1) A geometria de uma molécula consiste na disposição dos átomos de toda a molécula, criando formas geométricas e ângulos entre as ligações. A teoria que trata da geometria molecular se chama Repulsão dos Pares de Elétrons da Camada de Valência (RPECV). a) Por quê os elétrons se repelem? 2 b) Coloque em ordem crescente de repulsão os grupos abaixo: elétrons ligantes – elétrons ligantes elétrons não ligantes – elétrons não ligantes elétrons ligantes – elétrons não ligantes < < c) Na geometria as ligações são representadas por linhas e cunhas como mostrado na figura abaixo. As cunhas podem ser cheias ou tracejadas. Estas linhas e cunhas mostram se a ligação está no plano (por exemplo, em cima desta folha), à frente do plano (acima desta folha, vindo em direção ao leitor) e atrás do plano (atrás da folha, afastando do leitor). Escreva em cada caixa, ao lado da linha ou cunha, se ela está no plano, atrás do plano ou à frente do plano. C H H H H 2) O número estérico do átomo central é um conceito importante em geometria. Ele é formado pelo número de ligações químicas (simples, duplas ou triplas) em volta do átomo central na molécula e também pelos elétrons não ligantes (Pares de elétrons não ligantes ou elétrons desemparelhados de radicais). Quando há elétrons não ligantes em uma molécula, é importante definir que a geometria da molécula é dada apenas pelas ligações químicas. Ainda para as moléculas com elétrons não ligantes, o número estérico define o arranjo da molécula porque, mesmo que os elétrons não ligantes não se unam a átomos, eles provocam repulsões que definem a geometria. Para as moléculas abaixo, escreva o número estérico do átomo central e sua geometria. No caso de moléculas que possuam elétrons não ligantes no átomo central, escreva também qual é o seu arranjo. Exemplo: Para saber qual o número estérico, observe a molécula e conte o número de ligações que estão ligadas e o número de elétrons não ligantes. Para saber a geometria, busque na tabela no início dessa sessão qual geometria tem o mesmo número de ligações e pares de elétrons não ligantes. C H H H H 4 ligações em torno do C (átomo central). Número estérico: 4. Geometria: Tetraédrica O HH 2 ligações em torno do O (átomo central) mais 2 pares de elétrons não ligantes. Número estérico: 4 Linhas: _______ Cunha tracejada: Cunha cheia: 3 No caso da molécula de água, como há 2 pares de elétrons não ligantes, ela possui também um arranjo além da geometria. O arranjo é igual à geometria do mesmo número estérico sem elétrons não ligantes. Para a água, o arranjo é tetraédrico e a geometria angular. O HH Geometria: Angular Arranjo: Tetraédrico a) Be ClCl b) B H H H c) N OO d) Si H H H H e) N H H H f) S HH Número Estérico Número Estérico Número Estérico Número Estérico Número Estérico Número Estérico Geometria Geometria Geometria Geometria Geometria Geometria Arranjo Arranjo Arranjo g) PH H H H H h) S HH H H i) Cl FF F j) S H H H H HH k) I F F F FF l) Xe F F FF Número Estérico Número Estérico Número Estérico Número Estérico Número Estérico Número Estérico Geometria Geometria Geometria Geometria Geometria Geometria Arranjo Arranjo Arranjo Arranjo 4 3) Utilize a teoria RPECV para predizer a geometria de cada uma das seguintes espécies: Exemplo: Inicialmente devemos montar a estrutura de Lewis como no exercício 2 da lista 3. Ao montar esta estrutura, devemos contar o número estérico da estrutura, observando se há pares de elétrons não ligantes. Após essa etapa, devemos procurar na tabela no início do exercício qual a geometria associada a estrutura de Lewis. CH4 Estrutura Final C H H H H Quantidade de elétrons de valência: 4 e - + 4(1 e - ) = 8e - C H4 Disposição dos átomos e elétrons CH H H H Geometria C H H H H Tetraédrica (a) ICl3 Estrutura Final Quantidade de elétrons de valência: Disposição dos átomos e elétrons Geometria 5 (b) IF4 - Estrutura Final Quantidade de elétrons de valência: Disposição dos átomos e elétrons Geometria (c) XeO3 Estrutura Final Quantidade de elétrons de valência: Disposição dos átomos e elétrons Geometria 6 (d) SbCl5 Estrutura Final Quantidade de elétrons de valência: Disposição dos átomos e elétrons Geometria (e) PCl3 Estrutura Final Quantidade de elétrons de valência: Disposição dos átomos e elétrons Geometria 7 (f) GeH4 Estrutura Final Quantidade de elétrons de valência: Disposição dos átomos e elétrons Geometria (g) COF2 Estrutura Final Quantidade de elétrons de valência: Disposição dos átomos e elétrons Geometria 8 (h) XeO4 Estrutura Final Quantidade de elétrons de valência: Disposição dos átomos e elétrons Geometria (i) IF5 Estrutura Final Quantidade de elétrons de valência: Disposição dos átomos e elétrons Geometria 9 j) SCl4Estrutura Final Quantidade de elétrons de valência: Disposição dos átomos e elétrons Geometria E – QUÍMICA ORGÂNICA 4) Em relação à Química Orgânica: a) Qual a sua definição? b) O vitalismo foi um conceito muito importante para a Química Orgânica. O que é o vitalismo e porque ele acabou. 5) As estruturas a seguir têm suas moléculas constituídas apenas por carbono e hidrogênio. Escreva suas fórmulas estrutural, condensada e de linhas completando as valências dos carbonos com átomos de hidrogênio nas duas primeiras fórmulas. Exemplo O carbono é tetravalente, ou seja, faz 4 ligações químicas. Os compostos de carbono são formados, no mínimo, por carbono (C) e hidrogênio (H). Nas fórmulas do exercício devemos colocar os hidrogênios que faltam com suas respectivas quantidades. No exemplo abaixo temos três carbonos. C C C O carbono da esquerda possui 1 ligação química, então iremos lhe adicionar 3 hidrogênios para ter um total de 4 ligações. O do meio possui 3 ligações químicas, então iremos lhe adicionar 1 hidrogênio para ter um total de 4 ligações. O da direita possui 2 ligações químicas, então iremos lhe adicionar 2 hidrogênios para ter um total de 4 ligações. 10 C C C H H H H H H Para escrever a fórmula estrutural condensada, devemos escrever novamente os carbonos com suas ligações. Colocamos também os hidrogênios mostrando a sua quantidade que está ligada a cada átomo de carbono sem mostrar suas ligações químicas. CH3 CH CH2 A fórmula de linhas é obtida representando apenas as ligações entre carbonos. a) C C C C b) C C C C c) C C C C d) C C C C Estrutural Estrutural Estrutural Estrutural Condensada Condensada Condensada Condensada Linhas Linhas Linhas Linhas 11 e) C C C C f) C C C C C g) C C C C C C h) C C C C C C C C C C Estrutural Estrutural Estrutural Estrutural Condensada Condensada Condensada Condensada Linhas Linhas Linhas Linhas 12 RESPOSTAS 1) a) Porque possuem cargas negativas e espécies de mesma carga sofrem repulsão entre si. b) elétrons ligantes elétrons ligantes < elétrons ligantes – elétrons não ligantes < elétrons não ligantes – elétrons não ligantes c) C H H H H 2) a) Be ClCl b) B H H H c) N OO d) Si H H H H e) N H H H f) S HH Número Estérico 2 Número Estérico 3 Número Estérico 3 Número Estérico 4 Número Estérico 4 Número Estérico 4 Geometria Geometria Geometria Geometria Geometria Geometria Linear Trigonal Plana Angular Tetraédrica Pirâmide Trigonal Angular Arranjo Arranjo Arranjo Trigonal Plano Tetraédrico Tetraédrico g) PH H H H H h) S HH H H i) Cl FF F j) S H H H H HH k) I F F F FF l) Xe F F FF Número Estérico 5 Número Estérico 5 Número Estérico 5 Número Estérico 6 Número Estérico 6 Número Estérico 6 Geometria Geometria Geometria Geometria Geometria Geometria Bipirâmide Trigonal Gangorra T Octaédrica Pirâmide de Base Quadrada Quadrático Plano Arranjo Arranjo Arranjo Arranjo Bipirâmide Trigonal Bipirâmide Trigonal Octaédrica Octaédrica Linhas: _______ No plano Cunha tracejada: Atrás do plano Cunha cheia: À frente do plano 13 (a) ICl3 Estrutura Final Cl I Cl Cl Quantidade de elétrons de valência: 7 e - + 3 (7 e - ) = 28 e - I Cl3 Disposição dos átomos e elétrons I Cl Cl Cl Geometria Cl I Cl Cl T (b) IF4 - Estrutura Final F I F F F - Quantidade de elétrons de valência: 7 e- + 4 (7 e-) + 1 e- = 36 e- I F4 - Disposição dos átomos e elétrons F F F F I Geometria I F F F F - Quadrático Plano (c) XeO3 Estrutura Final Xe O O O Quantidade de elétrons de valência: 8 e - + 3 (6 e - ) = 26 e - Xe O3 Disposição dos átomos e elétrons Xe O O O Geometria Xe O O O Pirâmide Trigonal (d) SbCl5 Estrutura Final Cl Cl Sb Cl ClCl Quantidade de elétrons de valência: 5 e - + 5 (7 e - ) = 40 e - Sb Cl5 Disposição dos átomos e elétrons Sb Cl Cl ClCl Cl Geometria SbCl Cl Cl Cl Cl Bipirâmide Trigonal (e) PCl3 Estrutura Final P Cl Cl Cl Quantidade de elétrons de valência: 5 e - + 3 (7 e - ) = 26 e - P Cl3 Disposição dos átomos e elétrons P Cl Cl Cl Geometria P Cl Cl Cl Pirâmide Trigonal (f) GeH4 Estrutura Final Ge H H H H Quantidade de elétrons de valência: 4 e - + 4 (1 e - ) = 8 e - Ge H4 Disposição dos átomos e elétrons GeH H H H Geometria Ge H H H H Tetraédrico 14 (g) COF2 Estrutura Final C O F F Quantidade de elétrons de valência: 4 e- + 6e- + 2(7e-) = 24 e- C O F2 Disposição dos átomos e elétrons F O F C Geometria C O F F Trigonal Plana (h) XeO4 Estrutura Final Xe O O O O Quantidade de elétrons de valência: 8 e- + 4 (6 e-) = 32 e- Xe O4 Disposição dos átomos e elétrons XeO O O O Geometria Xe O O O O Tetraédrica (i) IF5 Estrutura Final F I FF F F Quantidade de elétrons de valência: 7 e - + 5 (7 e - ) = 42 e - I F5 Disposição dos átomos e elétrons I F F FF F Geometria F I F F F F Pirâmide de Base Quadrada (j) SCl4 Estrutura Final Cl S Cl ClCl Quantidade de elétrons de valência: 6 e - + 4 (7 e - ) = 34 e - S Cl4 Disposição dos átomos e elétrons S ClCl ClCl Geometria Cl S Cl Cl Cl Gangorra 4) a) Química dos compostos de carbono. b) O vitalismo foi uma corrente de pensamento em Química Orgânica que afirmava que compostos orgânicos só podiam ser gerados por organismos vivos devido à força vital. Ela acabou após a síntese de Wöhler na qual ele sintetizou uréia, uma substância orgânica, a partir de uma substância inorgânica, cianeto de amônio, em laboratório. Este experimento provou que substâncias orgânicas poderiam ser produzidas sem estarem em organismos vivos. 5) a) C C C C b) C C C C c) C C C C d) C C C C C C C C H H H H H H H H H H C C C C HH H H H H C C C C H H H H H H C C C CH H H H H H Estrutural Estrutural Estrutural Estrutural 15 CH3 CH2 CH2 CH3 CH2 CH CH CH2 CH3 C C CH3 CH C CH2 CH3 Condensada Condensada Condensada Condensada Linhas Linhas Linhas Linhas e) C C C C f) C C C C C g) C C C C C C h) C C C C C C C C C C C C C CH H H H C C C C C H H H H H H HH C C C C C C H H H H H H C C C C C C C C C C H H H H H H H H H H H H H H Estrutural Estrutural Estrutural Estrutural CH C CH CH2 CH2 CH2 CH CH2 CH CH CH CH CH CH CH C CH CH CH CH C CH2 CH3 CH2 CH3 Condensada Condensada Condensada Condensada Linhas Linhas Linhas Linhas