As substâncias químicas apresentam diversas propriedades: solubilidade, ponto de fusão, ponto de ebulição, estado físico, eletronegatividade, entre outras. E, tais características estão relacionadas com a ligação atômica e geometria molecular.
Para que você possa compreender com mais facilidade esses conceitos, veja o resumo que o Estratégia Vestibulares preparou sobre esse assunto. Não deixe de acompanhar a resolução da questão de prova que separamos para explicar a geometria molecular. Leia agora!
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Como acontece a geometria molecular?
A geometria molecular acontece nas substâncias formadas por ligações químicas do tipo covalente. A estrutura espacial que os átomos assumem determinam uma conformação geométrica, que é estudada pela química.
A organização tridimensional acontece de forma que as ligações, átomos e pares eletrônicos estejam dispostos com a menor repulsão possível. Para além de ideias geométricas simples, essa porção da química leva em consideração a polaridade das interações químicas.
Veja aqui um breve resumo sobre polaridade. Ligações químicas:
- Iônicas serão sempre polares, já que estão intimamente relacionadas com cargas elétricas;
- Covalentes com átomos de elementos químicos diferentes são polares; e
- Covalentes com átomos de mesmo elemento serão apolares.
Assim como a capacidade elétrica das moléculas influencia na geometria, a estrutura espacial dos átomos pode ser determinante para entender a polaridade molecular. Para isso, faz-se a soma vetorial (μR) dos vetores gerados pela eletronegatividade dos elementos e, se:
- μR = 0, a molécula é apolar — por exemplo o óleo; ou
- μR ≠ 0, a molécula é polar — como a água.
Geometria molecular diatômica
Em substâncias covalentes diatômicas, ou seja, formadas por dois átomos, a única geometria molecular possível será a linear. Veja, abaixo, exemplos de como um composto linear pode ser estudado.
O gás cloro (Cl2) é formado, covalentemente, por dois átomos do mesmo elemento. Dessa forma, pode-se inferir que a ligação é apolar, bem como sua molécula, já que as forças exercidas de um átomo sobre o outro serão idênticas (μR = 0).
Por outro lado, o fluoreto de hidrogênio (HF) é formado por uma ligação covalente polar, já que acontece entre dois átomos de diferentes elementos. A força que um núcleo atômico exerce sobre o outro não será igual, portanto μR ≠ 0 — o HF é polar.
Geometria molecular triatômica
Os compostos que possuem três átomos, triatômicas, possuem duas possibilidades de geometria molecular: linear ou angular, que diferem pela existência ou não de elétrons livres no átomo central, como você verá nos tópicos a seguir.
Antes de prosseguirmos, é importante que você note e anote: o elemento de menor eletronegatividade ficará no centro da estrutura tridimensional.
Linear
Quando o elemento central não deixa nenhum par eletrônico livre, a geometria molecular será linear. Para isso, é necessário que o átomo do meio esteja com todos os elétrons compartilhados em ligações covalentes.
O dióxido de carbono (CO2), por exemplo, é triatômico e o Carbono é o elemento de menor eletronegatividade, representando o átomo central da substância.
Ao analisarmos as interações químicas presentes nesse gás, percebemos que os quatro elétrons da camada de valência do C estão envolvidos em pares eletrônicos com os oxigênios.
Considerando tais propriedades, percebemos que o dióxido de carbono apresenta uma geometria linear. Além disso, é formado por ligações covalentes polares e, quando somadas as forças vetoriais, encontramos uma molécula apolar.
Angular
No caso em que o átomo central deixa elétrons não compartilhados em sua camada de valência, a estrutura tridimensional se angula, por conta da repulsão entre as ligações químicas e as partículas livres.
Um bom exemplo de molécula triatômica angular é a água (H2O). O oxigênio se posiciona centralmente, de forma que apenas 2 de seus elétrons participam de ligações covalentes com os hidrogênios.
Com isso, “sobram” dois pares de elétrons livres na camada de valência do oxigênio. Tal fato gera repulsão nas interações do átomo com o H, assim a estrutura torna-se angulada, como mostra a figura abaixo.
Em termos de polaridade, as interações são do tipo covalente polar e os vetores, quando somados, indicam uma substância polar, de μR ≠ 0. Além disso, por meio das ligações de hidrogênio, as moléculas de água podem formar uma rede tridimensional extensa.
Nesse caso,o átomo de oxigênio se associa também com hidrogênio de outra água e assim sucessivamente, como demonstrado no esquema a seguir:
Geometria molecular com 4 átomos
Trigonal plana
Assim como no caso anterior, quando o átomo central da molécula com quatro átomos não deixar elétrons livres, a geometria molecular não sofre repulsão. Aqui, a conformidade é denominada por trigonal plana.
No caso do trifluoreto de bromo (BF3), todos os elétrons do boro estão envolvidos nas interações com os átomos de flúor. Assim, a geometria da molécula é trigonal plana, com ligações covalentes polares. A substância, por fim, é apolar, porque μR = 0.
Piramidal
Se o átomo central deixa pares de elétrons soltos na camada de valência, a molécula assume a configuração piramidal, devido a atuação das forças de repulsão, já citadas anteriormente.
Nesse caso, inclusive, podemos admitir que existem diferentes planos atômicos. Na representação estrutural, as ligações desenhadas:
- com triângulos pintados estão para frente do átomo principal — saindo da tela (ou do papel); e
- com figuras tracejadas se projetam para trás do átomo central — entrando na superfície.
Na molécula de amônia (NH3), por exemplo, um par de elétrons do nitrogênio não se emparelha com outras partículas. Assim, os hidrogênios são distribuídos tridimensionalmente, como demonstrado na figura:
As ligações químicas são polares, assim como a soma vetorial de μR é diferente de zero. Entende-se, portanto, que a amônia é uma substância polar.
Geometria molecular com 5 átomos
Por fim, no caso de moléculas com 5 átomos, a geometria é chamada de tetraédrica. O gás metano (CH4), como exemplo, forma esse tipo de estrutura tridimensional. Veja na representação abaixo:
Observe que as ligações covalentes entre C e H são polares, apesar de o μR = 0 e a molécula ser apolar.
Questão de vestibular sobre geometria molecular
Agora que você já conhece os principais exemplos e formas de determinar a geometria molecular, acompanhe a resolução da questão sobre o assunto!
UNIFESP 2009
Na figura, são apresentados os desenhos de algumas geometrias moleculares.
SO3; H2S e BeCl2 apresentam, respectivamente, as 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.
O trióxido de enxofre (SO3) é uma molécula com quatro átomos em que o enxofre (S) está no centro e os átomos de oxigênio (O) o circundam. Por não haver elétrons livres na camada de valência do S, sabemos que a única geometria possível é a trigonal plana (IV).
Já o ácido sulfídrico (H2S), possui elétrons livres em seu átomo central (S), já que esse elemento possui 3 pares eletrônicos na camada de valência e apenas um deles está interagindo com os hidrogênios. Assim, a geometria molecular possível é angular (II).
Por último, o cloreto de berílio (BeCl2), é uma substância triatômica em que existe um par de elétrons na camada de valência. Covalentemente, todas essas partículas interagem com os átomos de cloro. Assim, não há partículas negativas livres no átomo central e a molécula assume geometria linear (I).
A alternativa correta, portanto, é a letra E.
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