Estrutura e Geometria Molecular (Teoria VSEPR - Conceitos Básicos)

Compreender a estrutura e a geometria molecular das moléculas é fundamental para o estudo da química. A geometria molecular de uma molécula determina muitas propriedades, como polaridade, reatividade, estado da matéria, cor, magnetismo, atividade biológica e mais. Para prever a forma das moléculas, confiamos na teoria da repulsão dos pares de elétrons da camada de valência (VSEPR). Esta teoria é útil para prever a geometria de uma molécula com base no fato de que os pares de elétrons ao redor de um átomo central irão se dispor o mais distante possível para minimizar a repulsão.

Conceitos básicos da teoria VSEPR

A teoria VSEPR é baseada na observação de pares de elétrons ao redor de um átomo central. Esses pares de elétrons podem ser pares de ligação, que estão envolvidos em ligações químicas, ou pares isolados, que não são compartilhados com outros átomos. A forma de uma dada molécula pode ser prevista considerando esses pares.

Conceitos-chave da teoria VSEPR

• Os pares de elétrons ao redor do átomo central se mantêm o mais longe possível uns dos outros.
• O par de elétrons não ligantes ocupa mais espaço do que o par ligante, pois os pares não ligantes estão confinados a um único átomo.
• A forma de uma molécula é determinada pelo número de pares de ligação e pares isolados ao redor do átomo central.

Geometria molecular geral

Vários formatos básicos são comumente descritos pela teoria VSEPR:

Geometria linear

Uma molécula terá geometria linear quando houver dois pares de ligação e nenhum par isolado no átomo central. O ângulo de ligação é de 180 graus. Um exemplo clássico disso é o dióxido de carbono, CO 2.

        Linear:
        O=C=O
    

Geometria trigonal plana

Uma molécula adota uma forma trigonal plana quando possui três pares de ligação e nenhum par isolado no átomo central. O ângulo de ligação é tipicamente 120°. Um exemplo comum é o trifluoreto de boro, BF 3.

Geometria tetraédrica

Para a geometria tetraédrica, há quatro pares de ligação e nenhum par isolado no átomo central. Isto leva a um ângulo de ligação de 109,5°. Um exemplo bem conhecido é o metano, CH 4.

Geometria angular

Moléculas como a água, H 2 O têm uma estrutura angular. Isso é principalmente porque há dois pares de ligação e dois pares isolados no átomo central, levando a um ângulo de ligação de cerca de 104,5 graus.

Descoberta de outras geometrias gerais

Geometria piramidal triangular

No caso da amônia, _{NH 3}, a estrutura é trigonal piramidal, já que há três pares de ligação e um par isolado ao redor do átomo de nitrogênio, resultando em um ângulo de ligação de aproximadamente 107°.

Geometria octaédrica

A geometria octaédrica é caracterizada por seis pares de ligação e nenhum par isolado no átomo central. Compostos como o hexafluoreto de enxofre, SF 6 exibem esse padrão com um ângulo de ligação de 90 graus.

Compreendendo o efeito dos pares isolados

Um fator importante na determinação da forma molecular é o efeito dos pares isolados. Os pares isolados ocupam mais espaço do que os pares de ligação, em parte porque estão localizados ao redor de apenas um núcleo. Esta repulsão adicional pode levar a ângulos de ligação menores em relação à geometria ideal sem pares isolados.

Exemplos e exercícios

Para aprofundar sua compreensão sobre VSEPR e geometria molecular, vamos dar uma olhada em alguns exemplos. Vamos examinar várias moléculas, determinar suas estruturas de Lewis e prever sua geometria com base no número de pares de ligação e pares isolados.

Exemplo 1: Tetracloreto de carbono (_{CCl 4})

Tetracloreto de carbono é uma molécula com quatro átomos de cloro ligados a um átomo central de carbono. Desenhando a estrutura de Lewis para CCl 4, vemos que o átomo de carbono satisfaz a regra do octeto com quatro ligações simples. Sem nenhum par isolado no átomo central, assume uma disposição tetraédrica com um ângulo de ligação próximo de 109,5 graus.

Exemplo 2: Íon nitrito (NO 2 -)

O íon nitrito tem uma estrutura de ressonância com duas ligações simples nitrogênio-oxigênio e uma ligação dupla nitrogênio-oxigênio. O nitrogênio tem um par isolado, o que faz com que a geometria do domínio eletrônico da molécula seja trigonal num plano, com a geometria molecular angular. Este é um exemplo do efeito da ressonância em química que tira conclusões de estatísticas de domínio eletrónico para prever formas moleculares.

Exercício 1

Considere a estrutura de Lewis para formaldeído, _{CH 2 O} Identifique e determine a geometria molecular ideal e a presença de quaisquer pares isolados no átomo central.

        sim
         ,
          C
         ,
        H
    

Solução: A estrutura mostra que o oxigênio tem dois pares isolados e forma um grupo trigonal plano ao redor do carbono do formaldeído.

Conclusão

A teoria VSEPR fornece uma base importante para prever a geometria molecular com base na repulsão dos pares de elétrons. Embora simplifique interações químicas quânticas complexas, serve como uma ferramenta valiosa no ensino médio e na química de graduação.

Lembre-se, a ideia básica é que os pares de elétrons tentam minimizar a repulsão e, assim, adotam estruturas ou geometria específicas previstas. Ao se familiarizar com as geometrias moleculares determinadas pela teoria VSEPR, você pode entender melhor o mundo molecular!

Comentários