(UEPG - 2019.2) Ângulo de Ligação

Olá.


O conhecimento de 2 propriedades permite a predição de qualquer geometria.


Primeiro: diferenciar moléculas simétricas e assimétricas.
Segundo: saber que, é constatado experimentalmente que pares isolados possuem repulsão eletrostática maior que pares ligantes.


Moléculas simétricas: são aquelas moléculas que não possuem pares isolados no átomo central. Isso faz com que a molécula seja simétrica porque todos os pares ligadores ao átomo central sejam igualmente repelidos, enquanto que, se existisse algum par isolado, esse faria a repulsão ser diferente entre eles, gerando uma estrutura não simétrica.

Moléculas antissimétricas: simplesmente, são aquelas que possui pares isolados no átomo central.


Agora, precisamos saber quais os ângulos em moléculas simétricas.

ângulos em moléculas simétricas:

Linear: a geometria linear não possui par isolado, é simétrica e os pares ligados ao átomo central tendem a se afastar o máximo possível, a maior distância ocorre quando estão apontando em sentidos opostos, então, possui 180º.

Podemos comprovar isso usando bexigas, quando amarradas, ficam o mais distante possível entre si, formando a geometria linear.






Trigonal planar: 3 ligações ao átomo central, 3 pares compartilhados, nenhum par isolado, esses pares tendem a se afastar o máximo possível devido a densidade de carga negativa, essa distância máxima ocorre quando estão a 120º entre si, qualquer outra configuração terá uma repulsão maior que essa.

Também podemos comprovar isso com bexigas.




Tetraédrica: nesse caso, temos 4 ligações, nenhum par isolado, os pares tendem a se distanciar ao máximo, agora a configuração é 3D, a melhor maneira de ficar o mais distante possível ocorre na geometria do tetraedro. Também podemos comprovar com bexigas.

Nesse caso, o ângulo de ligação é aproximadamente 109º5'




A próxima simétrica é a octaédrica, tente deduzir o ângulo.


Agora, o que ocorre quando acrescentamos pares isolados? Como dito, os pares isolados são mais repulsivos que os pares ligantes, devido a essa diferença de força, a simetria é quebrada.


Vamos pegar o caso da amônia:




De uma olhada na estrutura de Lewis. temos 4 ligações no átomo central, 3 ligações química e um par isolado. Esses pares tendem a se afastar o máximo possível, podemos esperar então,  a formação de um tetraedro.



Entretanto, o par isolado possui uma repulsão maior do que seria se fosse uma ligação química, isso faz com que os pares ligantes, se aproxime um pouco mais devido a força imposta pelo par isolado:



Devido a isso, o ângulo esperado de 109º5' é levemente distorcido, e temos na verdade um ângulo de 107º5', aproximadamente.

Esse padrão vai acontecer  em todas as moléculas assimétricas, os ângulos serão sutilmente menores que os ângulos da molécula simétrica esperada.


Outro exemplo. A molécula da água, temos 2 ligações e dois pares isolados, esses pares tendem a se afastar o máximo possível, a geometria esperada é um tetraedro, mas a presença desses dois pares isolados distorce a molécula ainda mais que na amônia, o ângulo obtido experimentalmente é aproximadamente 104º5'.


Entendeu o que ta acontecendo aqui? Usando isso vamos resolver a questão:

Metano:

O metano possui 4 ligações e nenhum par isolado, podemos esperar uma geometria simétrica para ele. De fato, essa geometria é um tetraedro, cujo ângulo de ligação é bem próximo de 109º5'.

Amônia: com já usei no exemplo, agora temos 3 ligações e um par isolado, podemos esperar uma geometria assimétrica. De fato, temos 4 ligações em volta do nitrogênio, a geometria é um tetraedro sutilmente distorcido, o ângulo é menor que 109º5', é aproximadamente 107º5'.

Água: a água, também já usei como exemplo, temos 4 ligações em torno do oxigênio, esses pares tendem a se afastar, temos dois pares isolados, esperamos uma geometria não simétrica ainda mais evidente que no caso da amônia. De fato, a geometria será um tetraedro levemente distorcido, o ângulo de ligação é menor que o ângulo na amônia pois agora temos dois pares isolados com repulsão mais forte que pares ligantes. Esse ângulo é próximo de 104º5'.

Então:

1.V
2.V
4.V
8.v

Nota: Esse distanciamento entre os pares (orbitais), é explicado pela repulsão coulombica na lei de Coulomb.


É isso, qualquer dúvida só avisar   .