Teoria VSEPR para 4 eletrosferas

RKA7MP - Hoje nós vamos descobrir o formato de algumas moléculas utilizando o método de Vésper, ou o método VSEPR. E vou ficar falando Vésper para ficar mais fácil de vocês me entenderem, assim, não preciso ficar falando essa sigla inteira todo o tempo. Primeiro, a gente vai descobrir o formato da molécula de metano utilizando esse método. A primeira coisa que você vai fazer é desenhar a estrutura de pontos para mostrar os elétrons de valência. E nós vamos começar olhando os grupos onde os nossos átomos estão. O carbono, eu sei que vai estar no grupo 4. Então, ele vai ter 4 elétrons de valência. Vou marcar aqui um 4. O hidrogênio vai estar no grupo 1, mas lembre-se que eu tenho 4 hidrogênios. Então, tenho que fazer 1 vezes 4. E, aqui, eu também vou ter 4 elétrons de valência. No total, se eu somar estes 2, eu vou ter 8 elétrons de valência. E são esses 8 elétrons que eu preciso representar na minha estrutura de pontos, eu preciso mostrar na minha estrutura. O carbono vai estar no centro. Então, eu vou desenhar o carbono e eu vou ter 4 hidrogênios. Eu tenho 4 ligações com o hidrogênio, eu vou marcar aqui. E, aqui, eu tenho a minha última ligação. Esta estrutura de pontos é bem simples, e perceba que ela já mostra que a gente tem os 8 elétrons de valência. Eu vou marcar em uma cor diferente. Aqui, eu vou ter 2 elétrons Aqui, eu tenho 4. Aqui, eu tenho 6 e, aqui, eu tenho 8. Depois que a gente fez isto, a gente precisa contar o número de nuvens eletrônicas ao redor do nosso átomo central. Lembre-se de que as nuvens eletrônicas ou as nuvens de elétrons são regiões de densidade. A gente pode pensar sobre estes elétrons que estão ligados como uma nuvem de elétrons. Vou fazer em azul, eu tenho 1 nuvem, aqui eu tenho 2, 3, 4 nuvens eletrônicas. Estas 4 nuvens, é claro, vão estar em volta do meu átomo central. Agora, a gente pode ir para o passo 3. A gente vai fazer uma predição da geometria das nuvens eletrônicas ao redor do nosso átomo central A teoria ou o método de VSEPR diz que estes elétrons de valência vão se repelir porque estão carregados negativamente, e, por isso, por eles estarem carregados negativamente, eles vão tentar ficar o mais longe possível um do outro no espaço. E, quando você tem 4 nuvens de elétrons, como a gente tem aqui, as nuvens vão estar o mais distante possível umas das outras. Então, elas estarão em um curso ou em um formato de um tetraedro, que é uma figura de 4 lados. O que eu vou fazer agora é uma molécula de metano e eu vou tentar mostrar a geometria de um tetraedro. Aqui eu tenho 1 carbono e eu vou ter mais ou menos uma figura deste jeito. 3 ligações, e é preciso mais de uma ligação aqui em cima. Além de desenhar esta molécula de metano, eu vou desenhar um tetraedro para que vocês tenham mais ou menos uma ideia do formato. Se eu desenhasse meu tetraedro, eu teria uma figura mais ou menos assim. Vou tentar fazer um tetraedro. Teria que puxar aqui, aí puxo um pouquinho aqui para o lado, e eu teria mais ou menos isto. Este seria meu tetraedro. Você pode pensar nas dobras ou nos vértices do tetraedro como sendo os seus hidrogênios. Então, eu vou marcá-los em rosa. Eu tenho aqui 1 hidrogênio. Aqui, eu vou ter outro hidrogênio, e mais outro hidrogênio, e, aqui embaixo, eu vou ter outro hidrogênio. Se você marcar isto em uma cor diferente, já ajuda bastante a visualizar a forma de um tetraedro. Agora, nós criamos a geometria da nuvem de elétrons ao redor do átomo. A gente tem que fazer o passo 4. A gente vai ignorar qualquer par solitário de elétrons e vai fazer uma predição da geometria da molécula. Como aqui eu não tenho nenhum par solitário de elétrons, isso quer dizer que a geometria das minhas nuvens de elétrons vai ser a mesma geometria da minha molécula, ou seja, eu posso dizer que a minha molécula tem uma geometria tetraédrica. Vou marcar aqui: tetraédrica. Em termos de ângulo de ligação, agora, o nosso objetivo mudou um pouco. A gente quer saber quais são os ângulos das ligações de uma molécula tetraédrica. Nesse caso, a gente tem que este ângulo, vou marcar em rosa, seria de 109,5 graus. 109,5 graus. Isso faz com que estes elétrons, que são ligados, fiquem o mais distante possível usando a teoria ou método VSEPR. 109,5 graus acaba sendo o ângulo de ligação ideal para uma molécula tetraédrica. Agora, nós vamos fazer mais um exemplo, a gente vai ver a amônia. Aqui embaixo, eu tenho a amônia. A primeira coisa que a gente vai fazer é desenhar a estrutura de pontos. A gente vai começar achando os elétrons de valência. O nitrogênio vai estar no grupo 5, certo? Então, vou marcar aqui 5 elétrons de valência. E o hidrogênio, como a gente já viu antes, está no grupo 1. Mas eu tenho que fazer 1 vezes 3, porque eu tenho 3 hidrogênios ali. Se eu somar isso, eu vou ter novamente 8 elétrons de valência. Agora, nós vamos colocar o nitrogênio no centro. Eu tenho o nitrogênio e ele vai estar ligado a 3 hidrogênios. Então, eu tenho aqui 1 hidrogênio, aqui embaixo eu tenho outro hidrogênio e aqui do lado eu tenho outro hidrogênio. Agora, eu tenho que ver quantos elétrons de valência eu já representei. Eu tenho aqui 2, 4 e 6 elétrons de valência representados, mas eu tenho um total de 8. Então, ainda vão me sobrar 2 elétrons de valência. Mas, o que eu faço com estes 2 elétrons que sobraram? Eu não posso colocar estes elétrons nos meus átomos terminais, porque eles são hidrogênios e eles já estão rodeados por 2 elétrons. A gente tem que colocar estes 2 elétrons de valência que sobraram ao redor do nosso átomo central. A gente vai colocar aqui no nitrogênio Vamos marcar aqui 2 elétrons de valência em cima do nitrogênio. Agora que a gente representou estes 2 elétrons que faltavam, a gente conseguiu encaixar os 8 elétrons de valência, que a gente tinha no começo, na nossa estrutura de pontos. Agora, vamos ver o que a gente tem que fazer. A gente desenhou uma estrutura de pontos. Agora, a gente tem que contar o número de nuvens eletrônicas ao redor do nosso átomo central. Vamos voltar aqui. Eu consigo ver que, aqui, eu vou ter uma região onde eu vou ter uma densidade de elétrons. Aqui, eu já vou ter 1 nuvem eletrônica e, se eu contar, eu ainda vou ter mais 2 nuvens neste mesmo esquema que eu vou ter uma densidade de elétrons. São elétrons que estão ligados. Este par solitário que não está ligado também vai ser contado como uma nuvem de elétrons. E perceba que, mais uma vez, a gente vai ter um caso onde a gente tem 4 nuvens de elétrons. Isto, eu também vou contar como uma nuvem e eu vou ter 4 nuvens, igual eu tive aqui em cima. Quando você está pensando sobre a geometria destas nuvens eletrônicas, estas 4 nuvens, mais uma vez, vão tentar ir para os vértices de um tetraedro. Então, nós podemos desenhar a molécula de amônia da mesma maneira que a gente fez antes para moléculas de metano. A gente vai ter aqui o nitrogênio, e a gente vai ter uma ligação com o hidrogênio para cá, uma ligação para cá e outra para cá. Não vamos esquecer de colocar o nosso par solitário de elétrons em cima do nitrogênio. Mais uma vez, esta é uma tentativa de mostrar as nuvens eletrônicas de uma forma geométrica tetraédrica. Agora, vamos voltar ao início para dar uma olhadinha no nosso passo a passo novamente. No passo 3, a gente fez uma predição da geometria das nuvens eletrônicas ao redor do nosso átomo central. Mas, quando a gente estiver falando da geometria da molécula, a gente vai ter que ignorar qualquer par solitário de elétrons que esteja ali. E, quando nós olhamos para a nossa molécula de amônia, vamos voltar aqui, a gente percebe que tem um par solitário de elétrons em cima do nitrogênio. E nós vamos focar nesta parte de baixo da nossa molécula para ver qual é a forma que ela tem. Quando a gente faz isto, nós vamos ter uma pirâmide agachada. Eu estou ignorando este par solitário de elétrons aqui em cima e eu vou ter uma coisa que vai parecer mais ou menos assim, vamos tentar desenhar. Então, eu vou ter uma pirâmide, eu vou ter uma pirâmide agachada. Vou melhorar um pouquinho o meu desenho, eu vou ter uma forma mais ou menos assim. Nós chamamos isto de trigonal piramidal ou de pirâmide trigonal. Você pode encontrar estas duas terminologias nos seus livros. Vou marcar aqui: trigonal piramidal. Trigonal piramidal ou pirâmide trigonal. Pirâmide trigonal. Então, mesmo que as nuvens eletrônicas estejam tentando ficar ou ser um formato de tetraedro, o formato é mais trigonal piramidal, porque a gente ignorou este par solitário de elétrons. Bom, em termos de ângulo de ligação, este par solitário de elétrons que eu tenho aqui em cima do nitrogênio, que estou marcando em rosa e que não estão ligados, ocupam um pouco mais de espaço que os elétrons que são ligados. E, por causa de os elétrons não estarem ligados, eles vão repelir os elétrons que são ligados. Eles vão repelir estes elétrons que eu tenho aqui. E isso vai fazer com que o ângulo de ligação seja um pouco menor que o ângulo ideal que a gente viu antes no arranjo tetraédrico. E acaba que este ângulo de ligação entre os átomos, entre o hidrogênio, o nitrogênio e o outro hidrogênio, fica um pouco menor que 109,5 graus, a gente vai ter um valor de aproximadamente 107 graus. Vou marcar aqui que eu tenho um ângulo de aproximadamente 107 graus. Agora, nós vamos fazer o último exemplo, a gente vai ver a água. Aqui embaixo, eu tenho a água. Seguindo nosso passo a passo, a gente sabe que o hidrogênio vai estar no grupo 1. Vou fazer aqui em outra cor. E, como eu tenho 2 hidrogênios, eu tenho que multiplicar por 2, e o oxigênio vai estar no grupo 6. Como eu tenho só um oxigênio, vou marcar 6. Se eu somar isto, 2 mais 6, eu vou ter 8 elétrons de valência novamente, 8 elétrons de valência que eu preciso representar. Agora, a gente vai colocar o oxigênio no centro. Então, a gente vai marcar 1 oxigênio, e ele vai estar ligado a 2 hidrogênios. Então, eu tenho o hidrogênio para cá, vou arrumar esse H que ficou muito junto. Eu tenho o hidrogênio aqui e eu tenho um outro hidrogênio do lado direito. Agora, vamos ver quantos elétrons de valência a gente já representou. Eu tenho 2, 4. Mas eu tenho que representar 8 elétrons de valência. Então, me sobraram 4 elétrons para representar. Nós pensamos primeiro em colocar estes elétrons nos átomos terminais, mas, como eles são hidrogênios, os hidrogênios estão bem felizes com 2 elétrons. Agora, a gente precisa colocar estes 4 elétrons que faltam ao redor do nosso átomo central, ou seja, a gente tem que colocar em volta do oxigênio. Eu tenho aqui um par solitário e aqui eu vou ter outro par solitário de elétrons. A gente conseguiu representar os 8 elétrons de valência da água. Agora, precisamos contar quantas nuvens eletrônicas nós temos em volta do átomo central. Mais uma vez, a gente pode pensar nestes elétrons que são ligados como sendo uma nuvem eletrônica. Então, neste caso, eu tenho 2 nuvens eletrônicas. 1 e 2. Estes pares que não estão ligados, cada um também vai ser uma nuvem eletrônica. Então, tenho mais uma nuvem eletrônica como sendo uma nuvem eletrônica. De novo, eu vou ter 4 nuvens eletrônicas. Estas 4 nuvens vão ser uma tentativa de ficar no arranjo tetraédrico. Usando um método VSEPR, eles vão se repelir. Eles vão estar o mais distante possível um do outro. Eu vou desenhar de novo a molécula. Vou fazer o oxigênio. Aqui, eu tenho os meus hidrogênios e eu vou representar os pares solitários de elétrons. Lembre-se que os pares solitários vão ocupar um pouco mais de espaço que os elétrons que estão ligados, como a gente tem neste caso. Então, este par solitário de elétrons vai repelir estes elétrons que estou fazendo em rosa. E isto vai fazer com que o nosso ângulo de ligação seja menor que antes, a gente vai ter um ângulo menor que 107 graus. Este ângulo de ligação que eu vou ter aqui vai ser de aproximadamente 104,5 graus. Então, 104,5 graus. Em alguns livros, você pode encontrar 105 graus, por exemplo. Em termos de geometria, a geometria da molécula vai ser diferente que a geometria das nuvens eletrônicas. A geometria das nuvens vai ter uma forma tetraédrica, mas a geometria da molécula vai ser diferente porque a gente vai ter que ignorar estes pares solitários de elétrons. Se nós pensarmos no formato, ignorando estes pares solitários, a gente vai ter uma coisa mais ou menos assim, vou fazer em rosa. Vamos ter uma coisa mais ou menos assim. E nós já vimos este formato antes. É um formato angular. Vou marcar aqui o formato angular. Então, nós falamos que a geometria da molécula de água é angular. E estes foram alguns exemplos com 4 nuvens eletrônicas, e como você descobre a geometria e o ângulo das ligações.