Teoria VSEPR para 5 eletrosferas (parte 1)

RKA2G Nós vamos usar o método VSEPR para predizer a estrutura desta molécula, o pentacloreto de fósforo. A primeira coisa que a gente precisa fazer é desenhar a estrutura de pontos. E, nessa, estrutura a gente vai mostrar os elétrons de valência, então, vamos fazer isso. O fósforo vai estar no grupo 5 da tabela periódica, então, ele vai ter cinco elétrons de valência. O cloro vai estar no grupo 7 e, como eu tenho cinco átomos de cloro aqui, eu tenho que fazer 7 vezes 5. E aqui eu tenho um total de 35. Se eu somar 5 com 35, eu tenho que representar, no total, 40 elétrons de valência na minha estrutura de pontos. Feito isso, a gente tem que escolher o átomo que vai no centro da nossa estrutura. E esse átomo tem que ser o menos eletronegativo. Neste caso, o átomo que vai no centro vai ser o átomo de fósforo. Então, eu vou marcar aqui o átomo de fósforo e eu tenho cinco ligações. Eu tenho uma ligação aqui, uma aqui, uma aqui e outras duas aqui. E eu vou marcar os cloros aqui, em cada uma das ligações. Bom, agora vamos ver quantos elétrons de valência a gente já representou aqui. Cada ligação covalente corresponde a 2 elétrons, então, eu tenho aqui: dois, quatro, seis, oito, dez elétrons. Se eu diminuir 10 aqui, de 40, eu ainda tenho que representar 30 elétrons de valência nesta estrutura de pontos. E eu vou começar colocando esses elétrons que sobraram nos meus átomos terminais, ou seja, aqui nos átomos de cloro. O cloro vai seguir a regra do octeto. Então, como ele já está cercado por dois elétrons, eu tenho que completar o octeto com mais seis elétrons. Então, em cada átomo, eu vou colocar seis elétrons ou três pares de elétrons. E eu vou fazer isso para todos os cloros que eu tenho aqui. 2, 4, 6. 2, 4, 6. 2, 4, 6. Eu tenho 6 elétrons em cada cloro e eu tenho 5 átomos de cloro. Se eu fizer 6 vezes 5, eu tenho 30, então, eu representei todos os 30 elétrons que eu precisava nesta estrutura de pontos. Note que o fósforo aqui vai exceder a regra do octeto. Se você contar, vai ter 10 elétrons em volta do fósforo. E tudo bem se isso acontecer, porque o fósforo vai estar no terceiro período da tabela periódica. Eu gosto de pensar em cargas formais, então, se você assumir uma carga formal para o fósforo, você vai ver que ele vai ter uma carga de zero. E isso ajuda a explicar, pelo menos para mim, a estrutura de pontos resultante. Agora que a gente desenhou a estrutura de pontos, a gente vai contar o número de nuvens eletrônicas ao redor do átomo central. Então, eu vou começar contando: aqui eu tenho uma nuvem, aqui eu tenho outra, três, quatro, cinco nuvens ao redor do átomo de fósforo. E lembre-se: uma nuvem eletrônica é uma região de densidade eletrônica. Então, eu consigo pensar nestas ligações como sendo uma nuvem eletrônica. Por isso eu marquei aqui. Como eu disse, no total, a gente tem cinco nuvens eletrônicas ao redor do átomo de fósforo. E o próximo passo diz que a gente tem que predizer a geometria das nuvens eletrônicas ao redor do nosso átomo central. Bom, esses elétrons da camada de valência vão repelir um ou outro. Essa é a teoria VSEPR, ou teoria vésper. Como eles são todos carregados negativamente, eles vão se repelir, eles vão ficar o mais distante possível uns dos outros no espaço. Quando você tem cinco pares de elétrons, o máximo que eles conseguem ficar afastados um do outro no espaço é um formato bipiramidal trigonal. Vamos ver se eu consigo desenhar a molécula desse jeito. Eu teria aqui o fósforo, eu teria uma ligação para cá... Vou fazer de novo: eu teria uma ligação para cá, uma ligação aqui, outra aqui, uma aqui e eu teria mais uma ligação para cá. E eu vou marcar aqui os átomos de cloro. Perceba que eu vou ter três cloros na posição equatorial (é como eu chamo essas ligações que eu vou marcar em verde, só para destacar melhor). Estas ligações que eu tenho aqui estão na posição equatorial. E eu tenho dois cloros que vão estar na posição axial, que eu vou marcar aqui em roxo. Esta é a posição axial. 3 na posição equatorial e 2 na posição axial. Este foi um desenho bem rápido, mas vamos ver se eu consigo fazer esse formato um pouquinho melhor. Vamos ver se eu consigo fazer esse desenho. Então, eu teria um desenho que seria mais ou menos assim. Eu puxaria esta linha para cá, esta linha para cá e aqui para baixo e puxaria esta linha daqui para cá, esta, daqui para cá e, por último, eu ia ligar aqui. Então, eu teria um desenho mais ou menos assim. E, como eu disse, eu chamo esse formato bipiramidal... bipiramidal trigonal. Este desenho está bem rústico, mas, se você pegar uma régua, consegue fazer certinho o seu formato bipiramidal trigonal. Vamos focar agora nos cloros, que estão no mesmo plano. Se eu estiver olhando para esses cloros, se eu olhar para o desenho aqui da direita, a gente pode pensar nos cloros nestes vértices que eu vou marcar em rosa. Então, teria cloros... Os cloros no mesmo plano, nestes vértices. Estes são os cloros na posição equatorial. Quando eu penso no ângulo das ligações aqui, você vai ter três cloros no mesmo plano, certo? Você se lembra de quando a gente fez a trigonal plana? A gente falou em 360 graus dividido por 3. E a gente teria um ângulo de 120 graus. Então, você pode pensar que os ângulos deste exemplo, estes ângulos que a gente vai ter aqui, que eu estou marcando em azul, são de 120 graus. Então, vou marcar aqui. 120 graus. Aqui a gente está usando a mesma ideia: os elétrons ligados vão se repelir. Agora, quando a gente olha para os cloros que estão na posição axial, eu vou marcar em laranja, são essas "pontas" que eu tenho no meu desenho. Quando a gente pensa nesse cloros, eles vão estar cada um em uma extremidade. Vão estar na extremidade norte e sul. Então, se a gente desenhar uma linha daqui até aqui, a gente vai ter um ângulo (vou só marcar no meu outro desenho). A gente vai ter um ângulo aqui de 180 graus. Vou marcar aqui, 180 graus. E por último, se você pensar no ângulo da ligação entre este cloro aqui de cima com os demais cloros que a gente tem, por exemplo, este cloro aqui com este cloro aqui, eu tenho um ângulo de 90 graus. Vou marcar aqui, 90 graus. Esses são os três ângulos de ligação ideais para uma situação bipiramidal trigonal. É importante entender que esse formato bipiramidal vai estar presente em todos os desenhos com cinco nuvens eletrônicas que a gente vai fazer, então, é importante entender essas posições. Vamos ver o passo 4. Ele diz que a gente tem que ignorar qualquer par solitário de elétrons. Como aqui a gente não tem pares solitários de elétrons, a geometria da molécula vai ser a mesma geometria que a geometria das nossas nuvens eletrônicas, então, a gente pode pular para o próximo exemplo. Eu tenho aqui embaixo um outro exemplo que a gente vai fazer, então. Eu tenho aqui o tetrafluoreto de enxofre. E, de novo, a gente vai começar desenhando a estrutura de pontos. Vamos centralizar aqui. O enxofre vai estar no grupo 6, então, ele tem 6 elétrons de valência. O flúor vai estar no grupo 7. Como eu tenho 4 flúores, eu tenho que fazer 7 vezes 4. E aqui eu tenho 28. Se eu somar 28 com 6, eu tenho um total de 34 elétrons de valência que eu tenho que representar na estrutura de pontos. Nós sabemos que o enxofre vai estar no centro, porque o flúor é bem mais eletronegativo. Vou marcar aqui o enxofre no centro e eu tenho quatro ligações com o flúor. Tenho uma ligação para cá, uma ligação para cá, uma ligação aqui e uma outra ligação aqui. Vamos ver quantos elétrons de valência a gente já marcou. Eu tenho aqui: 2, 4, 6, 8 elétrons de valência. Se eu subtrair 8 de 34, eu tenho ainda que representar 26 elétrons de valência nesta estrutura de pontos. A gente vai, primeiro, colocar esses elétrons que sobraram nos nossos átomos terminais. O flúor vai seguir a regra do octeto, então, eu tenho que completar com 6 elétrons cada átomo de flúor. 2, 4, 6. 2, 4, 6. 2, 4, 6 elétrons. Eu tenho 6 elétrons e 4 átomos de flúor. 6 vezes 4 é 24. Se eu subtrair 24 daqui, eu ainda tenho que representar 2 elétrons de valência nesta estrutura de pontos. E eu tenho que botar esses elétrons que sobraram no átomo central, ao redor do átomo central. Então, vou colocá-los no átomo de enxofre. Bom, eu adicionei esse par de elétrons aqui no enxofre e ele excedeu a regra do octeto. Mas, de novo, tudo bem para o enxofre ter uma camada de valência expandida, porque ele está no terceiro período da tabela periódica. E, mais uma vez, eu gosto de pensar nas cargas formais. Se você assumir uma carta formal para o enxofre, ele vai ter uma carga de zero. E isso me ajuda a entender esta estrutura de pontos um pouco mais. Eu vou relembrar os nossos passos. A gente vai voltar de novo aqui em cima. A gente desenhou a estrutura de pontos, agora temos que contar o número de nuvens eletrônicas ao redor do átomo central. Vamos voltar e contar quantas nuvens a gente tem. Aqui eu tenho, então, uma nuvem, duas, três, quatro. E estes elétrons que não estão ligados, este par solitário, também vão ser uma nuvem eletrônica. Então, eu tenho cinco nuvens novamente. E, quando você tem cinco nuvens eletrônicas, esses elétrons vão adotar um formato bipiramidal trigonal. E nós vamos desenhar aqui duas possíveis versões da estrutura de pontos para essa molécula. Na primeira versão, vou colocar o par solitário de elétrons na posição equatorial. Vou desenhar aqui em baixo para ficar melhor para a gente comparar. Eu tenho aqui, então, o enxofre e eu tenho o par de elétrons aqui na posição equatorial. E agora vou desenhar os flúores. Eu tenho um flúor aqui, um flúor aqui, outro flúor aqui e um outro flúor aqui em cima. Como eu tenho 3 átomos de flúor na posição equatorial, eu logicamente vou ter 2 flúores na posição axial: axial para cima e axial para baixo. Uma outra possibilidade seria colocar o par solitário de elétrons na posição axial. Então, eu vou fazer isso. Vou desenhar aqui do lado. Eu tenho aqui o enxofre e vou colocar o par de elétrons aqui na posição axial. E agora vou começar colocando os átomos de flúor. Eu teria aqui os átomos de flúor e aqui eu teria o último. Agora, vamos ver se nós conseguimos analisar essa estrutura. Quando você tem pares solitários de elétrons na estrutura de pontos, esses pares vão ocupar mais espaço que os elétrons que são ligados. Como eles ocupam mais espaço, eles vão se repetir um pouco mais. Isso significa que, quando você tenta descobrir a repulsão dos elétrons na camada de valência, os pares solitários são mais importantes em termos de onde você deve colocá-los na sua estrutura. Vamos focar nesses pares solitários de elétrons e vamos pensar como eles vão se repelir nessas duas estruturas que eu desenhei. Vamos começar com a estrutura da esquerda. Se você estiver pensando em como esse par de elétrons solitários está interagindo com os elétrons que estão no mesmo plano, nós vamos estar falando de um ângulo de 120 graus entre os elétrons que estão ligados e os elétrons que não estão ligados. Acontece que 120 graus é tão importante em termos de repulsão quanto uma coisa como a 9 graus, então, você tende a ignorar as interações a 120 graus quando está analisando essas estruturas. Entretanto, se você tem um ângulo de 90 graus entre um par de elétrons ligados e um par de elétrons não ligados, se nós tivéssemos um exemplo aqui, vamos pensar... Vamos pegar este par solitário de elétrons repelindo este par que está ligado aqui. Vou marcar aqui em uma outra cor, vou fazer em azul. Este par de elétrons com este par de elétrons solitários que eu tenho aqui. Estes dois vão estar a 90 graus longe um do outro. 90 graus é, claro, mais perto. Você tem mais repulsão nessa interação do que nas interações anteriores. Então, vamos focar nessa interação de 90 graus. Esses elétrons não ligados e os elétrons ligados vão se repelir. E você tem uma possibilidade com o flúor na posição axial para cima e também você vai ter uma possibilidade com este flúor que está aqui na posição axial para baixo. Essencialmente, neste exemplo da esquerda, você tem um par solitário de elétrons a 90 graus de dois pares de elétrons ligados. Isso, claro, vai desestabilizar de algum jeito a molécula, mas vamos comparar com a estrutura que a gente tem aqui na direita. A gente tem o par de elétrons solitários na posição axial na estrutura da direita. E você pode ver que a gente tem 3 flúores em posições equatoriais. Você tem esses elétrons ligados na posição equatorial, o que significa que esse par de elétrons solitários vai estar a 90 graus desses pares que estão ligados. E você tem três desses pares aqui. Isso vai causar uma repulsão bem séria. No exemplo da direita, você tem três interações a 90 graus e, no exemplo da esquerda, você tem só duas. O objetivo é minimizar essa repulsão. Então, a teoria VSEPR diz que a estrutura de pontos da esquerda é a estrutura que está correta. Você vai ver no próximo vídeo que elétrons não ligados são colocados na posição equatorial em bipiramidais trigonais para, justamente, minimizar a repulsão dos elétrons. Pense sobre colocar os pares de elétrons na posição equatorial. Vamos redesenhar isso, então. Eu vou fazer aqui em cima. Então, eu teria o enxofre, aqui eu teria o par solitário de elétrons na posição equatorial, eu teria aqui um flúor, outro flúor, um flúor aqui e, por último, um outro flúor aqui em cima. Vamos pensar nos ângulos das ligações. Como a gente falou antes, aqui teria um ângulo de 120 graus. O ângulo das ligações aqui seria de 120 graus. Agora, se eu pensar no ângulo entre esses dois flúores que eu tenho aqui, eu tenho um ângulo de 180 graus. Eles estão nas extremidades norte e sul, então, 180 graus. E, por último, se eu pensar no ângulo entre esses flúores aqui, eu teria um ângulo de 90 graus. Vamos marcar aqui um ângulo de 90 graus. Agora a gente vai falar, depois de tudo isso que eu falei, do nome do formato dessa molécula. Vamos checar novamente as nossas regras. Vamos voltar aqui. Eu contei o número de nuvens, fiz uma predição da geometria, agora tenho que ignorar qualquer par solitário de elétrons para fazer a predição da geometria da molécula. Vamos voltar aqui embaixo de novo. Se a gente ignorar este par solitário de elétrons que temos aqui e virar a molécula, a gente vai ter... Eu vou fazer aqui embaixo. Vou fazer em uma cor diferente. Eu teria aqui o enxofre, para cá eu teria um flúor, para cá eu teria um outro flúor e eu teria dois flúores assim. Deste jeito, ignorando o meu par solitário de elétrons. Os átomos de flúor, perceba que os que estavam na posição equatorial estão aqui embaixo e os que estavam na posição axial estão aqui, na horizontal. Nós chamamos esse formato de "gangorra". Então, vou marcar aqui. Gangorra. E vamos pensar por que a gente chama essa molécula assim. Imagine que você está em um parquinho e você vê uma criança e uma gangorra. Eu tenho aqui uma criança deste lado da gangorra. Se a criança coloca o peso dela deste lado, obviamente, isto aqui vai descer e este lado aqui vai subir. É só um exemplo para você se lembrar deste formato. No próximo vídeo, a gente vai fazer mais dois exemplos com moléculas que possuem cinco nuvens eletrônicas.