Química e Ensino                     25Estrutura de Lewise Geometria Molecular......mas não necessariamente por essa ordem...
26     de valência completamente preenchida           Tabela 1 Geometrias adoptadas em função do número e tipo de domínios...
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Boletim spq 103_025_15

  1. 1. Química e Ensino 25Estrutura de Lewise Geometria Molecular......mas não necessariamente por essa ordem! Mário Va l e n t e * , Helena M ore i r aOs alunos mostram frequentemente dificuldades na previ- prever a geometria molecular de uma molécula simples,são de geometrias moleculares, até para moléculas muito envolvendo elementos representativos – constituida porsimples. Estas dificuldades estão, muitas vezes, ligadas um átomo central e vários átomos ou pares de electrõescom a determinação prévia da correspondente estrutura não partilhados em seu redor – e que serve de ponto dede Lewis (ou da fórmula estrutural), que é usualmen- partida para a determinação posterior da correspondentete tida como ponto de partida essencial para a referida fórmula estrutural da molécula, que auxiliará na previsãoprevisão. Apresenta-se, neste artigo, um modo fácil de das ordens de ligação.Introdução riféricos pode-se, com vantagem, inver- este se encontra no Quadro de Classifi- ter o processo acima mencionado, de cação Periódica.A geometria molecular é um parâmetro forma a prever a geometria molecular e,de importância fundamental para a pre- (2) Define-se qual o átomo central, posteriormente, tomar o resultado comovisão da polaridade de uma molécula. que é, usualmente, o menos electrone- ponto de partida para a determinçãoEsta, por sua vez, permite inferir sobre o gativo (à excepção do hidrogénio que,tipo e intensidade das interacções inter- da correspondente fórmula estrutural, em circunstâncias normais, não podemoleculares que se podem estabelecer eliminando algumas das dificuldades ser o átomo central). Podem surgir di-entre moléculas no composto puro, ou apresentadas pelos alunos. ficuldades quando todos os átomos sãocom átomos, ou moléculas de outras iguais (por exemplo, no ozono, O3), esubstâncias. Contudo, a previsão da Previsão de geometrias então qualquer um deles poderá sergeometria molecular, até de moléculas moleculares considerado o central e os outros serãosimples, representa frequentemente um periféricos, ou em algumas excepçõesproblema que muitos alunos do ensino A geometria de uma molécula pode ser (por exemplo, no óxido de dicloro, Cl2O)secundário e, por vezes do superior, não determinada, de acordo com o método para as quais o átomo (ligeiramente)conseguem superar [1, 2, 3]. Estas difi- proposto, da seguinte forma: mais electronegativo é o central.culdades estão usualmente relacionadas (1) Procede-se à contagem do número (3) Determina-se o número total decom a suposta necessidade de determi- total de electrões de valência presen- electrões dos átomos periféricos, con-nar, previamente, a estrutura de Lewis tes numa molécula, que corresponde ao siderando que têm a sua camada de va-(ou a fórmula estrutural) para as molé- número total dos electrões de valência lência completamente preenchida. Naculas. De facto, é frequente em livros dos átomos participantes, tendo, no en- prática, esta contagem resume-se sim-de texto de todos os níveis, assumir-se tanto, atenção à carga. Numa molécula plesmente a dois electrões para cadaque a previsão da geometria molecular catiónica (por exemplo, no nitrónio, átomo de hidrogénio e oito electrõesé posterior à determinação da estrutura NO2+), cada carga positiva corresponde para cada átomo de qualquer outro ele-de Lewis. Ora, não é necessariamente à saida de um electrão de valência, e mento.assim [4]... numa molécula aniónica (por exemplo, (4) Calcula-se o número de electrõesPara o caso de moléculas pequenas no nitrito, NO2¯), cada carga negativa não partilhados pertencentes ao átomo(neutras ou iónicas), envolvendo ele- corresponde à entrada de um electrão central, que corresponde à diferençamentos representativos, constituídas por de valência na contagem. Este passo entre o número total de electrões deum átomo central e vários átomos pe- não é difícil de dominar pelos alunos, na valência presentes na molécula (deter- medida em que se relaciona com facili- minado no primeiro passo) e o númeroColégio D. Duarte, Rua Visconde de Setúbal, 86,Porto, 4200-497, Portugal dade o número de electrões de valência total de electrões dos átomos periféricos,(*E-mail: madmage1@yahoo.com) de cada átomo com o grupo em que se considerando que têm a sua camada
  2. 2. 26 de valência completamente preenchida Tabela 1 Geometrias adoptadas em função do número e tipo de domínios electrónicos que rodeiam o átomo central (# DEL: n.º de domínios electrónicos ligantes; # DENL: n.º de domínios electrónicos (determinado no terceiro passo). não ligantes; # TDE: n.º total de domínios electrónicos). (5) Por fim, usa-se o modelo de Repul- são dos Pares Electrónicos da Camada # DEL # DENL # TDE geometria de base geometria efectiva de Valência, de Gillespie [5,6,7] (ver Tabela 1 e Nota 1), tomando os pares 2 0 2 linear linear electrónicos não partilhados pertencen- 2 1 angular (~120º) tes ao átomo central como domínios 3 triangular plana electrónicos não ligantes e o número de 3 0 triangular plana ligações entre o átomo central e os áto- mos periféricos, independentemente da 2 2 angular (~109º) sua ordem de ligação, como domínios ligantes (e igual ao número de átomos 3 1 4 tetraédrica piramidal trigonal periféricos). 4 0 tetraédrica É apresentado, de seguida, um exemplo de aplicação para a espécie molecular 2 3 linear aniónica NO2¯. 3 2 em T distorcido (1) O número total de electrões de va- 5 bipiramidal trigonal lência é: 5 + 2 x 6 + 1 = 18, 4 1 bisfenóide (2) O átomo central é o de azoto, 5 0 bipiramidal trigonal (3) O número total de electrões dos áto- mos periféricos (correspondente a dois 2 4 linear átomos de oxigénio) é: 2 x 8 = 16 elec- 3 3 em T distorcido trões, (4) O número de electrões não partilha- 4 2 6 octaédrica quadrada plana dos pertencentes ao átomo central é: 18 – 16 = 2, isto é, um par electrónico não 5 1 piramidal quadrada ligante, ou um domínio não ligante, 6 0 octaédrica (5) Com dois átomos periféricos (dois domínios ligantes) e um par electrónico não ligante (domínio não ligante) a mo- átomo central como sendo constituídos anular-se, ou nessa impossibilidade, lécula apresenta uma geometria angular por pares electrónicos. minimizar-se a carga formal do átomo (Figura 1). central [8] (ver Nota 2) ou seja, quando Para obter a fórmula estrutural da molé- não for possível anular a carga formal do cula procede-se da seguinte forma: átomo central por este não poder supor- 1.º Associam-se equitativamente os tar mais de quatro pares electrónicos em electrões de valência ainda não distribu- seu redor (como é o caso dos elementos ídos, pelos átomos periféricos. carbono, azoto, oxigénio e flúor), deve- -se então reduzi-la ao mínimo permitido 2.º Determinam-se as cargas formais pela regra do octeto. de todos os átomos presentes na molé- cula, isto é, calcula-se a diferença entre Quando o modo de minimizar a carga Figura 1 Esquema da molécula NO2¯, com a o número de electrões que tornariam o formal do átomo central se pode con- representação dos três domínios electrónicos átomo neutro e o número de electrões seguir de várias formas equivalentes, a que lhe definem directamente a geometria. que ele possui na presente estrutura, molécula apresenta híbridos de resso- que corresponde à soma de metade do nância, isto é, várias estruturas contri- número de electrões envolvidos em do- buíntes, e para as ligações cuja ordem Determinação da fórmula mínios ligantes com o número de elec- pode variar teremos um carácter inter- estrutural trões presentes nos seus domínios não médio. ligantes. Partindo da geometria molecular, de- Tomando como exemplo a espécie terminada pelo método acima descrito, 3.º Deslocam-se pares electrónicos de NO2¯, cuja geometria molecular já foi consideram-se numa primeira fase domínios não ligantes dos átomos peri- acima determinada, passa-se à escrita todos os domínios ligantes rodeando o féricos para domínios ligantes, tentando da correspondente fórmula estrutural:
  3. 3. 27 seando-se em cálculos teóricos que apontam para uma muito baixa contri- buição de orbitais d para a ligação em moléculas onde o átomo central estaria rodeado por mais do que oito electrões, e para a possibilidade de se verificarem ligações polielectrónicas, pluricêntricas [11]. Referências 1. J.P. Birk, M.J. Kurtz, Journal of Chemi- cal Education, 76 (1999) 124-128 2. C. Furio, M.L. Calatayud, Journal of Chemical Education, 73 (1996) 36-41Figura 2 Passos seguidos para a escrita da fórmula estrutural correspondente à espécie NO2¯. 3. V.M.M. Lobo, Química (Boletim da So- ciedade Portuguesa de Química) 70 (1998) 13-17(1) Distribuem-se os 18 - 6 = 12 electrões no cômputo geral, pode considerar-se 4. M. Valente e H. Moreira, Livro de Re-pelos dois átomos periféricos de oxigé- uma boa ferramenta inicial na previsão sumos do 4.º Encontro da Divisão denio (Figura 2 a), de geometrias moléculares (e, poste- Educação e Ensino da Química (2005)(2) Determinam-se as cargas formais de riormente, das correspondentes fórmu- 79-80todos os átomos (Figura 2 b), las estruturais) para a maioria das mo- 5. R.J. Gillespie, Journal of Chemical Edu- léculas simples, envolvendo elementos(3) Minimiza-se carga formal do átomo cation, 81 (2004) 298-304 representativos, o que auxilia na aquisi-central (Figura 2 c). ção e estabilização de conceitos impor- 6. R.J. Gillespie, E.A. Robinson, Angewan-Verifica-se, neste exemplo, a existência tantes como geometria molecular, mo- dte Chemie International Edition in En-de duas fórmulas estruturais equivalen- delo de repulsão dos pares electrónicos glish, 33 (1996) 495-514tes (Figura 2 c) o que indica a existência da camada de valência, carga formal e 7. R.J. Gillespie, Chemical Society Re-de ressonância entre elas e, portanto, ressonância. views, 21 (1992), 59-69nesta espécie (anião nitrito) verifica-seuma ligação azoto-oxigénio de ordem in- Notas 8. G.H. Purser, Journal of Chemical Edu-termédia entre a simples e a dupla. cation, 78 (2001) 981-983; J.Q. Pardo, 1. O modelo de Gillespie nas suas ver- Journal of Chemical Education, 66 sões mais recentes envolve a noçãoConclusões (1989) 456-458; J.A. Carrol, Journal of de domínio electrónico, que consiste Chemical Education, 63 (1986) 28-31Este método apresenta a vantagem de numa região do espaço onde há ele-ser simples e sequencial, o que permite vada probabilidade de encontrar um 9. G.L. Miessler e D.A. Tarr, Inorganic Che-a um aluno prever a geometria de uma ou mais pares de electrões. Também mistry, 3.ª edição, Pearson Prentice Hallmolécula simples envolvendo elemen- no presente método se pode conside- (ed.), Nova Jérsia, 2004; D.F. Schriver,tos representativos e, posteriormente, a rar cada par de electrões não ligantes, P.W. Atkins e C.H. Langford, Inorganicrespectiva fórmula estrutural. Saliente- bem como cada ligação (independen- Chemistry, 2.ª edição, Oxford University-se ainda que se torna possível estimar temente da sua ordem formal) entre o Press (ed.), Oxónia, 1998; R. Chang,ângulos de ligação a partir do número e átomo central e um átomo periférico, Química, 5.ª edição, McGraw Hill (ed.), Lisboa, 1994tipo de domínios ligantes e não ligantes como um domínio electrónico.que rodeiam o átomo central. Ao longo 10. L. Suidan, J.K. Badenhoop, E.D. Glen- 2. A minimização das diferenças dedo processo o aluno vê-se confrontado denring e F. Weinhold, Journal of Che- cargas formais entre os átomos nas es-com a noção de carga formal e com a mical Education, 72 (1995) 583-586 truturas de Lewis (e fórmulas estrutu-possibilidade de ocorrência de resso- rais) tem sido considerada, em muitos 11. O.W. Curnow, Journal of Chemical Edu-nância. artigos [8] e livros de texto [9], como cation, 75 (1998) 910-915A desvantagem deste método centra- originando representações mais pró--se na dificuldade da aplicação a mo- ximas da realidade da molécula. Noléculas com várias possibilidades de entanto, também há quem privilegie aescolha para átomos centrais. Contudo, obediência à regra do octeto [10], ba-

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