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Geometria molecular e teoria VSEPR


A geometria molecular é um conceito importante na química que descreve o arranjo tridimensional dos átomos em uma molécula. É importante porque afeta muitas das propriedades físicas da molécula, as vias de reação e as interações com outras moléculas. Um modelo amplamente usado para prever a geometria molecular é a teoria de repulsão dos pares de elétrons da camada de valência (VSEPR). Esta teoria ajuda os químicos a entenderem o arranjo espacial dos componentes atômicos de compostos com base na repulsão entre pares de elétrons nas camadas de valência dos átomos.

Entendendo a geometria molecular

Antes de nos aprofundarmos na teoria VSEPR, vamos entender por que a geometria molecular é importante. Quando os átomos se juntam para formar moléculas, suas nuvens eletrônicas se sobrepõem, e isso determina como os átomos estão localizados no espaço em relação uns aos outros. O arranjo espacial, ou geometria, de uma molécula afeta suas propriedades físicas e químicas, como ponto de ebulição e fusão, polaridade e interações com outras moléculas. Por exemplo, a diferença no ponto de ebulição entre a água (H2O) e o sulfeto de hidrogênio (H2S) pode ser atribuída à sua geometria molecular.

Teoria VSEPR: Os fundamentos

VSEPR significa Teoria de Repulsão dos Pares de Elétrons da Camada de Valência. Ela sustenta que os pares de elétrons em torno de um átomo central se organizarão para ficar o mais afastados possível, a fim de minimizar a repulsão entre esses pares. A teoria considera tanto os elétrons de ligação, que são compartilhados entre átomos, quanto os pares solitários, que estão localizados em um único átomo. A presença de pares solitários pode afetar significativamente a geometria da molécula, pois ocupam espaço e repelem outros grupos de elétrons mais fortemente do que os pares de ligação.

Aplicação da teoria VSEPR

Ao prever a geometria de uma molécula usando a teoria VSEPR, você deve seguir os seguintes passos:

  1. Contar o número total de elétrons de valência na molécula.
  2. Determinar o arranjo dos pares de elétrons (tanto de ligação quanto solitários) de forma que haja mínima repulsão entre eles.
  3. Identificar a forma molecular resultante com base nas posições dos átomos ligados.

Vamos explorar algumas geometrias moleculares comuns e os modelos VSEPR associados:

Geometria linear

Na geometria linear, o átomo central é cercado por dois pares de elétrons em um ângulo de 180 graus. Isso é típico para moléculas com a fórmula AX2, onde A é o átomo central e X representa os átomos circundantes. Um exemplo disso é o dióxido de carbono (CO2).

      OCO

Neste exemplo, a molécula é linear com um ângulo de ligação de 180 graus.

Geometria trigonal planar

Moléculas planares triangulares têm um átomo central cercado por três pares de elétrons em um ângulo de 120 graus. Um exemplo típico disso é o trifluoreto de boro (BF3).

                F
               ,
          F - B
               ,
                F

Geometria tetraédrica

Na geometria tetraédrica, o átomo central é cercado por quatro pares de ligação. Um exemplo disso é o metano (CH4). Os ângulos de ligação são aproximadamente de 109,5 graus.

          H
          ,
      H – C – H
          ,
          H

Este arranjo minimiza a repulsão e alcança simetria.

Geometria bipiramidal trigonal

Essa geometria ocorre em moléculas com cinco regiões de densidade eletrônica. O pentacloreto de fósforo (PCl5) é um exemplo. Esta estrutura consiste em três ligações equatoriais a 120 graus e duas ligações axiais a 90 graus.

             Cloro
             ,
      Cl – P – Cl
             ,
         cl cl

Geometria octaédrica

Na geometria octaédrica, o átomo central é cercado por seis pares de ligação com ângulos de 90 graus. Um exemplo disso seria o hexafluoreto de enxofre (SF6).

            F
            ,
        F - S - F
            ,
            F
         FF

Efeito dos pares solitários

Pares solitários têm um efeito significativo na geometria molecular. Eles ocupam mais espaço do que os pares de ligação, o que pode reduzir o ângulo de ligação entre átomos adjacentes. Isso muitas vezes resulta em desvios dos ângulos ideais. Vamos ilustrar isso com uma molécula de água (H2O).

                H
               ,
          Hey
               ,
                H

A água não é uma molécula linear, embora sua fórmula seja semelhante ao CO2. Em vez disso, o arranjo é "inflexo" com um ângulo de ligação de cerca de 104,5 graus devido aos dois pares solitários no oxigênio.

Geometria distorcida: exemplos e explicações

Vamos observar moléculas com geometrias distorcidas devido aos pares solitários:

  • Amônia (NH3): Sua geometria é piramidal trigonal. O par solitário faz com que o ângulo de ligação seja inferior ao ideal de 109,5 graus, cerca de 107 graus.
                H
               ,
          H–N
               ,
                H
  • Tetrafluoreto de enxofre (SF4): A geometria é flutuante devido a um par solitário. Os ângulos de ligação axiais e equatoriais são inferiores aos ideais.
                 F
                 ,
          F - S - F
                 ,
                F
                  F

Papel das eletronegatividades e momento dipolar

A forma molecular afeta a distribuição das eletronegatividades e o momento dipolar. Moléculas como o CO2 são apolares porque seu arranjo simétrico cancela os dipolos de ligação individuais. Entretanto, uma forma inflexível como H2O resulta em um momento dipolar líquido, tornando-a polar.

Conclusão

Compreender a geometria molecular através da teoria VSEPR é fundamental na química. Prever formas ajuda os químicos a prever a reatividade, propriedades físicas e o comportamento de interação com outras espécies químicas. Considerando as ligações e pares solitários, bem como sua repulsão, pode-se entender uma imagem clara do mundo molecular.


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