A teoria das ligações covalentes de Lewis, que vimos anteriormente, foi muito importante para o desenvolvimento da Química. No entanto, essa teoria não explicava a disposição (arrumação) dos átomos na molécula. Ao desenhar moléculas, organizamos átomos e os pares de elétrons livres o mais distante possível uns dos outros. Ao seguirmos essa lógica, observamos que o arranjo espacial dos átomos desenha uma forma ou uma figura geométrica. Comecemos com uma molécula simples, diatômica: I. MOLÉCULAS DIATÔMICAS (A2 OU AB) Observe que, em qualquer caso, tendo apenas dois átomos, só existe uma possibilidade de arranjá-los. Colocálos um de frente para o outro! Dessa forma: A — A ou A — B Observe que forma uma linha imaginária entre os dois átomos. Quando isso ocorre dizemos que a molécula tem uma FORMA LINEAR (Geometria Linear). H2 H — H O2 O O HCl H — Cl II. MOLÉCULAS TRIATÔMICAS (AX2 OU A2X) A forma geométrica de uma molécula pode ser obtida a partir de vários meios, entre os quais destacamos as REGRAS DE HELFERICH, que aborda a teoria dos pares eletrônicos ligantes e não ligantes: As moléculas com 3 átomos podem ser LINEARES ou ANGULARES. Se o átomo central possui um ou mais pares de elétrons não ligantes, a molécula é ANGULAR. III. MOLÉCULAS TETRATÔMICAS (AB3 OU A3B) Estas moléculas podem ser TRIGONAL PLANA ou PIRAMIDAL. Se o átomo central não possui par de elétrons LIVRES a geometria da molécula será TRIGONAL PLANA. BF3 Se o átomo central possui par de elétrons disponíveis a geometria da molecular será PIRAMIDAL. NH3 IV. MOLÉCULAS COM 5 ÁTOMOS (AB4) Estas moléculas terão uma geometria TETRAÉDRICA. CH4 V. MOLÉCULAS COM 6 ÁTOMOS (AB5) Este tipo de molécula apresenta BIPIRÂMIDE TRIGONAL. H2O PCl5 Se o átomo central não possui par de elétrons livres, a molécula é LINEAR. VI. MOLÉCULAS COM 7 ÁTOMOS (AB6) Possuem geometria OCTAÉDRICA. CO2 SF6 geometria Ex1: O modelo de repulsão dos pares de elétrons da camada de valência estabelece que a configuração eletrônica dos elementos que constituem uma molécula é responsável pela sua geometria molecular. Observe as duas colunas a seguir: Geometria molecular Moléculas 1. linear A. SO3 2. quadrada B. NH3 3. trigonal plana C. CO2 4. angular D. SO2 5. pirâmide trigonal 6. bipirâmide trigonal A alternativa que traz a relação correta entre as moléculas e a respectiva geometria é: a) 5A - 3B - 1C - 4D b) 3A - 5B - 4C - 6D c) 3A - 5B - 1C - 4D d) 5A - 3B - 2C - 1D e) 2A - 3B - 1C - 6D Ex2: A partir da análise das estruturas de Lewis, o par de substâncias que apresenta a mesma geometria molecular é: (Dados: números atômicos H=1, C=6, N=7, O=8, P=15, S=16 e Cl=17.) a) CH3Cl e SO3 b) NH3 e SO3 c) PCl3 e SO3 d) NH3 e PCl3 e) NH3 e CH3Cl Ex3: Observe as colunas abaixo. I. SO3 A. Tetraédrica II. PCl5 B. Linear III. H2O C. Angular IV. NH+4 D. Trigonal planar V. CO2 E. Bipirâmide trigonal Qual das alternativas traz a relação correta entre a espécie química e a respectiva geometria? a) IIA, VB, IIIC, ID, IVE b) IVA, VB, IIIC, ID, IIE c) IIA, IIIB, VC, ID, IVE d) IVA, IIIB, VC, ID, IIE e) IVA, VB, IIIC, IID, IE Ex4: Na figura, são apresentados os desenhos de algumas geometrias moleculares. VII. POLARIDADE DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS Já vimos que uma ligação covalente significa o compartilhamento de um par eletrônico entre dois átomos: H—H H — Cl Quando os dois átomos são diferentes, no entanto, é comum um deles atrair o par eletrônico compartilhado para o seu lado. É o que acontece, por exemplo, na molécula HCl. O cloro atrai o par eletrônico compartilhado para si. Nesse caso, dizemos que o cloro é mais eletronegativo que o hidrogênio e que a ligação covalente está polarizada, ou seja, é uma ligação covalente polar. É comum representarse esse fato também da seguinte maneira: Nesta representação, o sinal representa a região da molécula com maior densidade eletrônica, e o sinal +, a região com menor densidade eletrônica. A molécula se comporta então como um dipolo elétrico, apresentando o que se convencionou chamar de cargas parciais — positiva ( +) e negativa ( ). A maior densidade eletrônica ao redor do cloro é também representada espacialmente, como na figura. Evidentemente, quando os dois átomos são iguais, como acontece nas moléculas H2 e Cl2, não há razão para um átomo atrair o par eletrônico mais do que o outro. Teremos, então, uma ligação covalente apolar. Consequentemente, podemos definir: Eletronegatividade é a capacidade que um átomo tem de atrair para si o par eletrônico que ele compartilha com outro átomo em uma ligação covalente. ← # Resumindo: Mesmo elemento químico respectivamente, Mesma eletronegatividade Não forma polos Lig. Apolar # Ligações nas moléculas: H2, O2, N2. Ligação apolar (mesma eletronegatividade) Elemento químico diferente SO3, H2S e BeCl2 apresentam, geometrias moleculares a) III, I e II b) III, I e IV c) III, II e I d) IV, I e II e) IV, II e I - Eletronegatividade diferente Forma polos as # Ligações nas moléculas: HC, HF, H2O, CO2. Ligações polar (eletronegatividade diferente). Lig. Polar VIII. MOLÉCULAS POLARES E APOLARES A polaridade de uma molécula que possui mais de dois átomos é expressa pelo VETOR MOMENTO DE DIPOLO RESULTANTE (⃗⃗⃗ ). Se ele for NULO ( =0), a molécula será APOLAR; caso contrário ( 0) POLAR. “R GRA G RAL” 1) Moléculas apolares: apresentam momento dipolar (μ=0). • Moléculas diatômicas: toda molécula diatômica formada por átomos iguais é apolar. H2 H—H O2 OO N2 NN • Moléculas poliatômicas: quando não sobram elétrons no átomo central e todos os átomos ligantes forem iguais. CO2 SO3 2) Moleculares polares: apresentam momento dipolar (μ≠ 0). • o écu d ôm c : toda molécula diatômica formada por átomos diferentes é polar. HBr HF - • o écu po ôm c : quando sobram elétrons no átomo central, independente do tipo de ligante, ou quando não sobram elétrons no átomo central e existir pelo menos um ligante diferente. ⃗⃗⃗ IX. REGRA DE SOLUBILIDADE “ m h n d ov m h n ” Em outras palavras, Substâncias polares tendem a se misturarem com substâncias polares e substâncias apolares tendem a ser solúveis em solventes orgânicos, apolares. Ex5: Em relação aos elementos N, P e K, indispensáveis ao desenvolvimento dos vegetais, são feitas as seguintes afirmações: I. O nitrogênio é o elemento mais eletronegativo. II. O fósforo é um metal de transição. III. O potássio é um metal alcalino. IV. Estão localizados no mesmo período da Classificação Periódica. Pode-se afirmar que estão corretas as da alternativa: a) I e II d) II e IV b) I e III e) III e IV c) II e III Ex6: As espécies químicas a seguir apresentam, respectivamente, ligações: O2, NaCl, HCl e Al. a) covalente apolar, iônica, covalente polar e metálica. b) covalente apolar, covalente polar, iônica e metálica. c) iônica, covalente apolar, covalente polar e metálica. d) metálica, covalente polar, iônica e covalente apolar. e) covalente polar, iônica, covalente apolar e metálica. Ex7: Um elemento químico A, de número atômico 11, um elemento químico B, de número atômico 8, e um elemento químico C, de número atômico 1, combinam-se formando o composto ABC. As ligações A B e B C, no composto, são, respectivamente: a) covalente polar, covalente apolar b) iônica, iônica c) covalente polar, covalente polar d) iônica, covalente polar e) metálica, iônica Ex8: O momento dipolar é a medida quantitativa da polaridade de uma ligação. Em moléculas apolares, a resultante dos momentos dipolares referentes a todas as ligações apresenta valor igual a zero. Entre as substâncias covalentes abaixo I. CH4 II. CS2 III. HBr IV. N2 Quais as que apresentam a resultante do momento dipolar igual à zero? a) Apenas I e II d) Apenas I, II e IV b) Apenas II e III e) I, II, III e IV c) Apenas I, II e III Ex9: Uma substância polar tende a se dissolver em outra substância polar. Com base nesta regra, indique como será a mistura resultante após a adição de bromo (Br2) à mistura inicial de tetracloreto de carbono (CCl 4) e água (H2O). a) Homogênea com o bromo se dissolvendo completamente na mistura. b) Homogênea, com o bromo se dissolvendo apenas no CCl4. c) Homogênea com o bromo se dissolvendo apenas na H2O. d) Heterogênea, com o bromo se dissolvendo principalmente no CCl4. e) Heterogênea, com o bromo se dissolvendo principalmente na H2O.