Lista - Tópico J - Geometria Molecular e Teoria de Ligação de Valência - Química Geral 2021 2

1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS – UFMG INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS – ICEx Departamento de Química – Setor de Química Inorgânica Tópico J – Geometria Molecular e Teoria de Ligação de Valência – Química Geral Questão 01. Considere as moléculas isoeletrônicas CH4, NH3 e H2O e seus respectivos ângulos de ligação, iguais a 109,5o, 107o e 104,5o. a) Proponha estruturas geométricas para as três moléculas. Faça os desenhos correspondentes. b) Justifique a tendência observada nos valores dos ângulos de ligação. c) Sugira hibridações compatíveis com a geometria de cada espécie. Questão 02. Na figura abaixo estão representadas três formas geométricas para o IF3. I II III a) Com base no modelo da repulsão de pares de elétrons no nível de valência diga qual é a forma geométrica (I, II ou III) mais provável para o IF3? Explique. Questão 03. Complete o quadro abaixo. Espécie Estrutura de Lewis Geometria Molecular (desenho e nome da geometria) Hibridação do átomo central COCl2 AsF5 PCl6 - Questão 04. Desenhe as estruturas de ressonância da molécula N2O. Descreva a formação das ligações químicas segundo a Teoria de Ligação de Valência, para a estrutura de ressonância mais estável. Questão 05. Faça o que se pede em cada item abaixo. a) Usando o modelo da repulsão de pares de elétrons no nível de valência (RPENV) faça o esboço das geometrias dos pares de elétrons e molecular para o íon sulfito. b) Identifique a hibridização do átomo de enxofre no íon SO32-. Questão 06. Faça o que se pede em cada item abaixo. Geometria molecular e Teoria da Ligação de Valência – TLV 1. Geometria molecular. 2. Momentos de dipolo. 3. Teoria da ligação de valência. 4. Hibridização de orbitais atômicos. 5. Hibridização em moléculas com ligações duplas e triplas. 2 a) Explique o fato de que BeF2 é apolar enquanto OF2 é polar. b) O ângulo da ligação O-S-O, no SO2 é de 116º e todos os ângulos da ligação O-S-O, no SO3 são de 120º. Como você explica esta diferença? c) Qual é a hibridação do átomo de carbono no fosgênio, Cl2CO? Dê uma descrição completa das ligações σ e π nessa molécula. Questão 07. Faça o que se pede em cada item abaixo. a) Qual é a hibridação do átomo de carbono no formaldeído, CH2O? Quais orbitais formam as ligações σ nessa molécula? E as ligações π? Justifique. b) A molécula de PF3 é polar e, assim, a ligação P–F é polar. Considerando a proximidade do silício e do fósforo na tabela periódica, deveríamos esperar que a ligação Si–F também fosse polar; porém, a molécula de SiF4 não possui momento de dipolo. Explicar a causa disto. Questão 08. Complete o quadro abaixo. Para preencher a coluna “Exemplo” use as seguintes moléculas ou íons: BrF5, ClO3-, NO3-, ICl2-, BeH2. Orbitais atômicos Hibridação Arranjo geométrico Ângulo de ligação (o) Exemplo s + p sp 180 s + p + p Trigonal plano sp3 109,5 120 e 90 90 BrF5 Questão 09. Complete o quadro abaixo. Espécie Estrutura de Lewis Geometria dos pares de elétrons Geometria molecular Hibridação do átomo central SiF62‒ SeF4 ICl2‒ XeF4 Questão 10. O tricloreto de alumínio é uma molécula deficiente em elétrons e tende a formar um dímero (molécula formada por duas unidades). Desenhe a estrutura de Lewis para as duas moléculas (monômero e dímero). Descreva a formação das ligações químicas nas duas moléculas utilizando a Teoria de Ligação de Valência. Questão 11. Complete o quadro abaixo. Espécie Estrutura de Lewis Geometria Molecular (desenho e nome da geometria) Hibridação do átomo central CS2 ClF3 COCl2 XeF5+ 3 Questão 12. O triptofano (estrutura A) é um aminoácido essencial utilizado pelo cérebro, juntamente com a vitamina B3, a niacina e o magnésio, para produzir a serotonina (estrutura B), um neurotransmissor importante nos processos bioquímicos do sono e do humor. O N N O H H H H H H H H H H H H A 5 6 10 7 9 8 3 4 N O 2 1 N H H H H H H H H H H H H B a) Qual é a ligação mais polar em cada uma das moléculas? Justifique. b) Quantas ligações  e quantas ligações  há na molécula de triptofano? c) Dê a hibridação dos átomos de carbono (1-10) na molécula de serotonina. d) Considere a ligação entre os carbonos 3 e 4 na molécula de serotonina. Indique quais são os orbitais envolvidos na ligação  e na ligação . Questão 13. Para cada uma das espécies representadas abaixo escreva: estrutura de Lewis (que apresente as menores cargas formais possíveis), arranjo, geometria molecular e polaridade molecular (quando possível). O átomo central está marcado em cada espécie química. a) TeF5‒ b) NF3 c) PCl4+ d) Cl2CO e) HCO3‒ f) SO3 g) SiHF3 h) ClNO2 i) BrF2+ j) MnO4‒ k) HCN l) IF4‒ m) SiF4 n) N2H4 o) H2SO4 p) ClF5 q) XeOF4 r) BrF3 s) HPO42‒ t) Cr2O72‒ Questão 14. O pentafluoreto de antimônio reage com o tetrafluoreto de xenônio e com o hexafluoreto de xenônio para formar os seguintes compostos iônicos: XeF3+SbF6‒ e XeF5+SbF6‒ . Apresente a geometria de todas as espécies descritas no problema. Descreva a formação das ligações químicas em todos os íons utilizando a Teoria de Ligação de Valência. Questão 15. Considere os íons: carbamato (CO2NH2‒) e tetracloroiodo (ICl4+). a) Apresente a estrutura de Lewis para cada íon e descreva, utilizando a TLV, a formação de todas as ligações químicas. Sabe-se que no íon carbamato as duas ligações entre carbono e oxigênio possuem comprimento de ligação de 128 pm e a que ligação entre carbono e nitrogênio possui 136 pm. b) Faça uma previsão dos ângulos das ligações O-C-O e H-N-H. Questão 16. O trifluoreto de boro pode aceitar um par de elétrons da molécula de amônia, formando-se assim uma ligação coordenada. Descreva a formação das ligações químicas, utilizando a Teoria de Ligação de Valência, para cada uma das espécies químicas citadas. Questão 17. Desenhe a estrutura de Lewis e especifique a geometria molecular para cada uma das seguintes moléculas. Indique a hibridação do átomo central (marcado na molécula) para cada caso. 4 a) SiF62‒ b) ICl2‒ c) SeF4 d) XeF4 e) BBr3 f) CO32‒ g) BF4‒ h) SF4 i) NO2+ j) SnO2 k) PO2F2‒ l) HClO4 m) KrF2 n) CS2 o) ClO2‒ Questão 18. As três espécies NH2‒, NH3 e NH4+ têm ângulos de ligação H-N-H de 105º, 107º e 109º, respectivamente. Explique essa variação nos ângulos de ligação. Questão 19. A azida de nitrogênio, HN3, é um líquido que explode violentamente quando submetido a impactos. Na molécula de HN3, um comprimento de ligação N-N foi medido em 112 pm e o outro com 124 pm. Desenhe todas as estruturas de Lewis possíveis para essa espécie e indique aquela que justifique essas observações experimentais. Questão 20. Os trialetos de fósforo (PX3) mostram a seguinte variação no ângulo de ligação X- P-X: PF3 (96,3º), PCl3 (100,3º), PBr3 (101,0º) e PI3 (102º). a) Supondo que todos os domínios do elétron exibam a mesma repulsão, qual valor de ângulo X-P-X é previsto pelo Modelo de Repulsão dos Elétrons do Nível de Valência? b) Qual é a tendência geral do ângulo X-P-X com o aumento da eletronegatividade? Explique essa tendência. c) Com base em sua resposta para o item anterior, desenhe a estrutura de Lewis adequada para a espécie PBrCl4. Questão 21. Considere o íon [Sb2F7]‒. Esse ânion não possui ligações F‒F nem Sb‒Sb. Proponha uma estrutura de Lewis para esse íon e apresente um esquema de hibridação para os átomos de Sb. Questão 22. As moléculas SiF4, SF4 e XeF4 têm a fórmula molecular do tipo XF4, mas as geometrias moleculares são diferentes. a) Complete o quadro abaixo com os nomes e os desenhos das geometrias de cada molécula. Indique também a hibridização do átomo central. b) Explique as diferenças nas geometrias dessas três espécies. Espécie Geometria dos pares de elétrons Geometria molecular Hibridação do átomo central SiF4 SF4 XeF4 Questão 23. Complete o quadro abaixo. Para a geometria da espécie deverá ser apresentado o nome e o desenho correspondentes. Para a estrutura de Lewis é necessário determinar as menores cargas formais possíveis. Em cada fórmula apresentada, o átomo central está em negrito. Espécie Estrutura de Lewis Geometria da Espécie Hibridação do átomo central e polaridade da molécula BI3 5 PI3 KrF2 HCN SOF4 Questão 24. Justifique a veracidade de cada uma dessas afirmações abaixo. 1. “O ângulo de ligação em NCl3 é quase 5 graus maior do que em NF3”. 2. “O ângulo de ligação em H2O é quase 13 graus maior do que em H2S”. Questão 25. Determine o número de pares de elétrons ligantes e de pares de elétrons isolados no átomo de fósforo em: (a) PCl3; (b) PCl5; (c) PCl4+ ; (d) PCl6− . Tente prever o formato espacial destas moléculas por meio do modelo VSEPR. Questão 26. Quais dos compostos seguintes, em cada par, têm o maior ângulo de ligação? Justifique sua resposta em cada caso. a) CH4 e NH3 b) OF2 e OCl2 c) NH3 e NF3 d) PH3 e NH3 Questão 27. Determine as cargas formais de cada átomo nas estruturas abaixo e, onde mais de uma estrutura for dada, diga qual a mais estável. Questão 28. Sabendo que o carbono é tetravalente em quase todos os seus compostos e pode formar cadeias e anéis de átomos de C: a) escreva duas possíveis estruturas de Lewis para C3H4. b) Determine todos os ângulos de ligação em cada estrutura. c) Determine a hibridização de cada átomo de carbono em cada estrutura. Questão 29. Explique por que a molécula XeF2 é linear. Questão 30. Preveja se cada uma das moléculas a seguir é polar ou apolar: 6 a) IF b) CS2 c) SO3 d) PCl3 e) SF6 f) IF5 g) CCl4 h) NH3 i) SF4 j) XeF4 k) GaH3 Questão 31. Considere a descrição das ligações químicas na molécula de SF2. a) Descreva as etapas necessárias para construção dos orbitais híbridos adequados. b) Faça um esboço dos orbitais híbridos construídos no item anterior. Questão 32. Indique a hibridização do átomo central de cada molécula a seguir: a) BCl3 b) AlCl4– c) CS2 d) GeH4 e) HCN f) SO3 g) TeCl2 Questão 33. O íon azida N3– é linear e apresenta duas ligações N–N de mesmo comprimento. a) Represente a estrutura de Lewis para o íon. b) Qual é a hibridização de cada átomo de nitrogênio? c) Quais são os orbitais envolvidos nas ligações  e nas ligações  presentes no íon? Questão 34. A seguir está representada a estrutura de Lewis para o aleno: a) Essa molécula é plana? b) A molécula é polar ou apolar? c) As ligações duplas na molécula podem ser descritas como delocalizadas? Justifique. Questão 35. No ozônio, os dois átomos de oxigênio nas extremidades da molécula são equivalentes. a) Qual é a hibridização mais adequada para cada átomo de oxigênio? b) Construa todas as estruturas de ressonância possíveis. c) Para cada estrutura de ressonância, quais orbitais atômicos são usados para formar as ligações , as ligações , e quais são usados para acomodar os pares eletrônicos não ligantes? d) Quantos elétrons são deslocalizados no sistema  do ozônio? Questão 36. A estrutura da borazina B3N3H6 consiste em um anel de seis membros em que os átomos de B e de N estão em posições alternadas. À cada um desses átomos existe também um átomo de hidrogênio ligado. a) Escreva a estrutura de Lewis para a borazina que minimiza a distribuição de cargas formais. b) Escreva a estrutura de Lewis na qual cada átomo satisfaça a regra do octeto. c) Calcule as cargas formais dos átomos na estrutura representada em b). d) Alguma das estruturas de Lewis dos itens anteriores apresenta mais de uma estrutura de ressonância? Em caso positivo, represente aquelas possíveis. e) Quais são as hibridizações dos átomos de B e de N que ocorrem nas estruturas representadas em a) e b)? f) Seria esperado que as estruturas dos itens a) e b) fossem planas? Justifique. g) Quantos elétrons existem no sistema ?