Estudo de Moléculas - Geometria Molecular

Prof. Igor timer 18:58

Nesta primeira videoaula de estudo de moléculas você irá aprender a geometria molecular e entender qual é a posição dos átomos no espaço. Verá o que são moléculas biatômicas e moléculas poliatômicas, centro triângulo, geometria trigonal, centro tetraedro e geometria teatraédrica. Tudo com muitos exemplos práticos para facilitar o seu entendimento.

Bom, muito bem, hoje a gente fala aí sobre a Geometria Molecular, basicamente a gente vai verificar qual é a posição dos átomos no espaço. É, bem verdade, as moléculas são tridimensionais e você precisa verificar como é que os átomos se comportam ou se posicionando dentro da molécula. Bom, veja bem, vou começar aí pelas moléculas bi ou diatômicas, que são as mais simples. Neste caso, essas moléculas só possuem dois átomos na sua estrutura, apenas dois átomos. Ó, te dei alguns exemplos: o gás hidrogênio, o H2, o Cl2, o nitrogênio (80 por cento da atmosfera é N2). Todas essas moléculas se você observar bem, você só tem a conexão direta através das ligações. O nitrogênio tá aí, o Cl 2 também faz apenas uma única ligação entre os átomos de cloro. No caso do nitrogênio, você tem uma tripla ligação entre os átomos de hidrogênio. Adivinha só... se você olhar bem neste caso aí, a posição apenas dos núcleos, olha lá, posição dos núcleos dessas moléculas, elas estão numa linha. Dois pontos ligados por uma linha e então, nesse caso, eu falo que todas essas moléculas apresentam uma geometria que é dita linear. Pois é, todas elas são lineares aí na sua estrutura. Uma geometria dita linear. Bom, mas essas moléculas são simples, eu só tenho dois átomos por molécula. Dá para aumentar as coisas? É evidente que sim. Vamos chamar aí de moléculas poliatômicas, muitos átomos à sua estrutura. Nesse caso, eu vou ter que avaliar a quantidade do que a gente chama de nuvens eletrônicas. Preciso saber o que é a tal da nuvem eletrônica. Observem bem, uma nuvem eletrônica pode ser considerada uma ou um par de elétrons que não faz ligação. A gente chamou lá nas outras aulas de duo par de elétrons não ligantes. Uma ligação simples também é considerada apenas uma única nuvem, uma ligação dupla também uma única nuvem. A tenção aí galerinha! Toma cuidado, né? É muito comum o pessoal achar que a ligação dupla são duas nuvens eletrônicas, pelo contrário, apenas uma nuvem. Tá aqui. Uma única eletrônica para ligação dupla. Então já estou sacando, a ligação tripla também uma única nuvem e se houver a presença de dativa, eu também tenho uma única nuvem eletrônica. Então, faço a atenção aí nessas situações. Eu preciso saber o que é uma tal de nuvem eletrônica. Vou te dar um exemplo para como é que a gente vai verificar a geometria através dessas nuvens. Coloquei pra você o CO2, o dióxido de carbono. A sua estrutura tá aqui: carbono no centro, ele faz ligação dupla com os átomos de oxigênio totalizando aí o seu octeto. Todo mundo está completo. Se você observar bem, o átomo central é o átomo de carbono e ao redor dele, eu tenho exatamente duas nuvens eletrônicas. Então tá aqui, essa molécula de CO2 apresenta nesse caso, duas nuvens eletrônicas. E mais, quantos ligantes possuem ao redor do meu átomo central? Nessa minha molécula então eu tenho exatamente dois ligantes ao redor do átomo central. Estão aqui, exatamente os meus dois ligantes. Bom, duas nuvens com dois ligantes, se você observar muito bem, nesse caso como é que ela vai se comportar? Veja bem, vou te dar uma dica aqui. Olha só, nesse caso eu tenho aí as minhas duas nuvens, né, com seus dois ligantes no átomo central. Adivinha, se você observar muito bem, isso daqui só pode se comportar através de uma linha, mesmo se eu queira torcer, olha só, não tem como. Ela volta para uma estrutura linear. Então nesse caso, o CO2 também apresenta o que a gente chama de geometria linear. Na verdade, toda e qualquer molécula que apresente duas nuvens com dois ligantes, ela é linear. Tudo bem? Bom galerinha, aguenta um pouquinho mais, eu vou trocar de lousa e já te mostro algumas outras moléculas e algumas outras geometrias. Tudo bem? Até já. Muito bem, na primeira parte dessa aula nós estamos falando da geometria molecular. Sim, vimos lá que poderíamos ter geometrias lineares tanto em moléculas bi ou diatômicas, no caso lá hidrogênio, H2 Cl2, N 2 e assim por diante, e também em moléculas que possuem duas nuvens com dois ligantes, independente se esses ligantes são iguais ou então, diferentes. Agora vou aumentar um pouco mais, eu vou colocar três nuvens eletrônicas. Pois é, com três nuvens, bom, três lembra tri. É verdade. Essas moléculas se encontram em um centro de um triângulo com três nuvens, três lembra tri, então quer dizer que elas estão lá no centro de um triângulo aqui. Eu sempre vou descrever aí nessa aula, o triângulo como sendo algo que está no meio, que é o meu átomo central, com três ligantes, mas... vai lembrando algumas coisas aí. Quando a gente fala de geometria molecular, eu estou pensando na posição apenas dos núcleos dos átomos, então os átomos têm que estar nos vértices desse meu triângulo. Bom, coloquei duas moléculas para gente fazer análises da geometria. O dióxido de enxofre, o SO2, e também o trióxido de enxofre, o SO 3. São dois gases na atmosfera que são considerados poluentes por conta da sua reação com água gerando aí chuva ácida. Certo? Mas depois eu te conto essas histórias. Vamos ver primeiro como é que eu verifico a geometria do SO2, do dióxido de enxofre. Perceba muito bem, aqui eu já fiz a estrutura, se você não se lembra de como desenhar a estrutura das moléculas, volte algumas aulas aí, nas aulas de ligações covalentes. Perceba uma coisa, eu tenho uma ligação dupla entre enxofre e oxigênio. Como enxofre e oxigênio são da mesma família, a família 6A, são cálcogênios, eles precisam apenas de duas ligações para ficar estáveis com oito. Pois é, então neste caso eu posso fazer uma ligação simples, normal ou então, chamada de ligação dativa. Eu representei a ligação dativa apenas por um traço. Quantas nuvens eletrônicas você está observando ao redor do átomo central? Pensou? Bom, provavelmente você deve ter respondido duas. Eu respondo para você: não. Na verdade, no SO 3 existem exatamente três nuvens eletrônicas. "Igor, você está ficando maluco. Eu estou observando no SO2 apenas duas nuvens." Pois é, isso aí é o que os caras vão fazer com você na prova. Eles não colocam as nuvens totais, ele coloca a molécula lá, se é que coloca a molécula ou desenho dela. Verifique você a quantidade de elétrons de cada um dos conectores aqui. Quer ver? Olha para o átomo central. Cada ligação eu tenho sempre um par de elétrons, então tenho um, dois, três, quatro. Cada ligação é exatamente um par de elétrons, quatro elétrons aqui. Uma outra ligação cinco e seis. Será que o átomo de enxofre consegue ficar estável com exatamente seis elétrons de valência? É claro que não. Na verdade, ele precisa de um par de elétrons ainda aqui. É, esse par eletrônico sobra na molécula de SO2. É que o cara não colocou pra você. Você que deve identificar se falta, se sobra no caso aliás, par eletrônico não ligante nas moléculas. Bom, então responda com calma agora. Nesse caso, eu tenho exatamente uma nuvem eletrônica que está aqui. A segunda da minha ligação, ótimo. E uma terceira tá aqui. Então nesse caso, essa é uma molécula que possui exatamente três nuvens eletrônicas. E ao redor do átomo central, eu possuo dois ligantes. Três nuvens com dois ligantes. Vamos observar qual geometria é essa. Bom, se são três nuvens, eu já sei uma coisa, Igor. Ele está no centro de um triângulo. Quem está no centro, continua no centro. Eu vou desenhar aqui ó. O S, que é o enxofre, continua no centro. Tem uma coisa para cima porque é um triângulo. Tem duas para baixo porque é um triângulo também. Vamos observar com calma. Em cada vértice tem um átomo de oxigênio aqui, no outro lado também tem um átomo de oxigênio aqui, só que aqui pra cima não tem um átomo e sim par eletrônico não ligante. Deixa eu continuar fazendo as minhas ligações. Olha só, eu tenho uma ligação dupla, primeiro aqui entre o átomo de enxofre e oxigênio e uma ligação simples ou dativa em relação ao outro átomo de oxigênio. Eu não posso chamar, nesse caso, de uma geometria triangular porque eu não fechei um triângulo. Tudo bem, a molécula se encontra lá no centro do triângulo, mas cuidado, esse aqui não é um átomo. Para a geometria molecular, eu sempre considero a posição dos átomos no espaço. Pois muito bem, se aqui eu não tenho nesse caso um átomo, eu não posso falar ou não vou considerar ele para a geometria. Se eu não considero, eu verifico que possuo um ângulo de ligação entre os átomos que estão conectados. É, toda vez que você observar e, toma cuidado, três nuvens com dois ligantes, sempre, sempre, sempre, você vai ter uma geometria que é dita angular. Com três nuvens e dois ligantes, a geometria é dita angular. Perceba, vou te mostrar como a coisa acontece mais ou menos. Olha só, cuidado o barulho. Aqui eu teria uma geometria com duas nuvens, dois ligantes. Mas, se eu tiver três nuvens, mesmo que sem uma nuvem eletrônica de um par não ligante, ela vai ter que ocupar um certo espaço. Então, essa minha nova nuvem vai forçar a ligação para baixo. Forçando essa ligação para baixo, eu tenho uma geometria agora que é dita angular. Olha só. O átomo de enxofre no centro, os dois átomos de oxigênio, uma nuvem eletrônica que está aqui, então olha só, forçando tem uma geometria do tipo angular. Tudo bem? Então vamos lá. No próximo caso aí, no caso do SO3, o trióxido de enxofre. Agora eu prefiro verificar de novo, aquela dica, verifique se o átomo central já está se estabilizado com oito elétrons pela regra do octeto. Então vamos ver uma coisa, cada ligação tem um par de elétrons. Então ali já tenho dois elétrons, três, quatro, cinco, seis, sete e oito. Perfeito, o átomo central está estabilizado. Então posso contar tranquilamente as nuvens eletrônicas sem susto. Tenho uma nuvem eletrônica, perfeito. Duas, três. Se tem três nuvens eletrônicas, Igor, eu já sei que esse cara está no centro de um triângulo. Se está no centro do triângulo, eu já vou desenhar. Tem alguma coisa no meio, que é um átomo central, uma coisa pra cima e duas para baixo. Quem está no meio, continua no meio (nesse caso, o enxofre). O enxofre está no centro. Quantos ligantes eu tenho ao redor do átomo central nesse caso? Eu tenho exatamente três. Três nuvens com três ligantes. É, eu tenho um oxigênio aqui nesta ponta, outro oxigênio nessa e para finalizar, um terceiro oxigênio, né? Em relação às minhas ligações, tem uma ligação dupla aqui. Perfeito. Uma ligação simples nesse caso ou dativa, tanto faz, e tá lá. Bom, nesse caso, então a lá... três nuvens com três ligantes, tri com tri, eu vou chamar essa geometria aí de trigonal. Uma geometria que é chamada de trigonal, às vezes também chamada de triangular, viu? Triangular, também posso chamar esse caso triangular ou então trigonal. Certo? Bom, só para você observar, vou pegar aqui as minhas bexigas. Olha só, cuidado o barulho. Então tá aqui. Olha só que perfeito, o átomo central se encontra na junção das minhas bexigas, então o átomo de enxofre tá aqui. Cada átomo de oxigênio se encontra nessas pontas, mesmo que você queira dobrar esse negócio fazendo alguma coisa assim, ela volta para uma geometria triangular ou trigonal. Tá aqui a molécula de SO3 nesse caso. Tudo bem, galerinha? Bom, eu vou aumentar um pouquinho mais a quantidade de nuvens. Eu já volto com a próxima lousa. Segura aí, até mais. Muito bom, última parte da nossa aula de geometria molecular, agora aumentando um pouquinho, aí com um total de quatro nuvens. Então falamos lá de duas nuvens e dois ligantes, geometria linear. Falamos de três nuvens, então toma cuidado porque três nuvens com dois ligantes você tem uma geometria angular e três nuvens com três ligantes, tri com tri, eu tenho uma geometria trigonal plana ou também chamada de triangular plana. Agora eu vou aumentar um pouquinho mais, vou para quatro nuvens eletrônicas. Quatro nuvens, então nesse caso a minha molécula ou toda e qualquer molécula que possuir aí exatamente quatro nuvens eletrônicas, estará no centro de um tetraedro. Nesse caso, eu vou desenhar assim o tetraedro pra você. Alguma coisa está no centro, que é o átomo central, uma coisa tá pra cima e três estão pra baixo, no centro do tetraedro. Coloquei algumas moléculas, se você observar muito bem, para a gente fazer a análise da geometria delas. Começando aí pela água, 'manjadérrima' a água hein, galera. Olha só, água, H2O, então o átomo central, o oxigênio, com dois hidrogênios já ligados ao redor dele. Nesse caso, eu já coloquei direto aí pra você, os pares eletrônicos não ligantes, mas lembre-se, se ele colocou a molécula, sempre verifique se o átomo central está estabilizado senão você vai ter que colocar pares eletrônicos que não estão fazendo ligação. Olha lá, a companha comigo. Nesse caso, eu tenho exatamente uma duas, três, quatro nuvens. É bom, é evidente, que você tem que ter quatro nuvens se a gente está analisando moléculas com quatro nuvens. Bom, quatro nuvens eletrônicas. Eu já sei que essa molécula tem de estar no centro do tetraedro, então vai lá e já desenha. Alguma coisa está no centro, uma coisa pode estar pra cima, e três coisas estão para baixo, formando mais ou menos um tetraedro. Mas perceba uma coisa, para essa minha a molécula, pra água, H2O, eu tenho um total de dois ligantes que são esses dois átomos de hidrogênio ao redor do átomo central, que é o oxigênio. Então eu vou colocar aqui para você, os meus átomos. Olha só, o átomo central é o oxigênio, então tá aqui. O oxigênio, o átomo central. E eu tenho nesse caso dois ligantes (coloca os ligantes para baixo que acho que fica bem mais simples): hidrogênio e hidrogênio. Nas outras pontas, eu tenho os pares de elétrons que não fizeram ligação, os pares eletrônicos não ligantes. Ué, nesse caso, faço as ligações, hidrogênio - oxigênio, uma ligação simples, hidrogênio - oxigênio, também uma ligação simples. Observe muito bem. Para a geometria molecular, eu só considero a posição dos núcleos atômicos. Aqui eu tenho núcleo, aqui também. No centro evidentemente, mas aqui não são núcleos de átomos, então não considera a posição desses dois para dar a geometria. Eu considero para montar a molécula e nesse caso, perceba muito bem, que formou um ângulo de ligação. Essa também é uma geometria dita angular. É, geometria também ela é dita angular. Com quatro nuvens e dois ligantes, nesse caso também tem uma geometria dita angular. Tudo bem? Então vai sacando a numeração das nuvens. Passando para o próximo. Olha só, a amônia, NH3, um gás com cheiro extremamente irritante, forte, né? Nuvens eletrônicas: eu vou contar lá direto. Nitrogênio, é o átomo central, tá na família 5A, faz três ligações para ficar estável e sobra ainda um par eletrônico não ligante que está aqui. Então eu tenho exatamente aí quatro nuvens eletrônicas. Com quatro nuvens eletrônicas, eu já sei que esse cara vai estar no centro de tetraedro, então já coloco algo lá. Algo está no centro, uma coisa tá pra cima e três estão para baixo. Depois eu vou conectando as coisas que estão nessa minha molécula. Em relação aos ligantes, eu tenho um, dois, três ligantes ao redor do átomo central. Quatro nuvens com exatamente três ligantes. Bom, vou colocar então os meus átomos. No átomo central, eu tenho o nitrogênio. Nas pontas, eu tenho átomos de hidrogênio (coloca pra baixo que fica muito mais simples) e lá pra cima, eu tenho um par de elétrons que não faz ligação. Só colocando as ligações aqui, simples para cada nitrogênio - hidrogênio e perceba uma coisa, de novo, eu não tenho completo o meu tetraedro, aqui ainda ficam um par eletrônico não ligante. Eu só considero pra dar a geometria a posição dos núcleos. Se eu tapar aqui, ele fica parecendo como se fosse uma pirâmide. É, pois é. Com quatro nuvens e três ligantes, eu tenho uma geometria que é dita piramidal. É, pois é, uma geometria aí piramidal. Quatro nuvens e três ligantes, a geometria é dita piramidal. Bom, vamos lá, o nosso último caso agora. Metano, CH4, tá aqui, um gás de efeito estufa vinte e uma vezes, aproximadamente, mais gases de efeito estufa que o próprio CO2. Como é que é a molécula de metano? Tem o carbono como o átomo central, faz quatro ligações, quatro compartilhamentos por estar aí na família 4A, com os átomos de hidrogênio que estão na ponta. Você já sacou que evidentemente essa molécula possui um total de uma, duas, três, quatro nuvens, pois é, com quatro nuvens e também quatro ligantes ao redor do átomo central. Tá aqui os quatro átomos de hidrogênio. Perceba que ela vai estar sim no centro tetraédrico. Melhor desenhar lá. Algo está no centro, uma coisa está pra cima e três exatamente para baixo. Pois é, vou colocar os átomos agora para ficar mais simples de visualizar. No centro, tem o átomo de carbono, nas pontas então eu tenho os meus átomos de hidrogênio. Estão aqui, não sobra nada nesse caso. Fazendo as ligações, olha só, fechei exatamente o meu tetraedro. Eu possuo quatro ligantes ao redor do átomo central. Quatro com quatro, a geometria fechou a minha molécula, é chamada de tetraédrica (vai ficar um pouco apertado aqui), mas a gente chama aí de tetraédrica. Se você olhar no espaço, observando as bexigas, olha só como acontece... aí eu tenho perfeitamente um tetraedro. O átomo central se encontra aí na junção das bexigas e os quatro ligantes estão nesse caso. Você pode tentar virar a molécula, enfim, para qualquer lado que for, ela sempre vai cair no tetraedro, não importa se você colocar lá a molécula assim, ela volta para sua posição inicial. Certo? Isso acontece, turma, porque você tem repulsão das nuvens eletrônicas, né? Então, a geometria da molécula vai ser dada justamente nessas condições. As nuvens eletrônicas então vão ter que tomar um espaço e lógico, por conta dessas expulsões, vão derivar as minhas geometrias. Tudo bem, galera? Então é isso aí. O importante é saber contar nuvens, montar moléculas, ver quantos ligantes e ver qual é a geometria considerável para ela. Tudo bem? Então fique aí com essas dicas para verificar geometria molecular. Até uma próxima. Tchau!

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