Aula Química - Estudo de Moléculas - Geometria Molecular - STOODI

De bom, muito bem. A gente fala sobre a geometria molecular. Basicamente, vai verificar qual é a posição dos átomos no espaço. Na verdade, as moléculas são tridimensionais; você precisa verificar como é que os átomos se comportam e se posicionam na molécula. Vou começar pelas moléculas diatômicas, que são as mais simples. Nesse caso, essas moléculas só possuem dois átomos na sua estrutura: apenas dois átomos. Alguns exemplos: o gás hidrogênio, H2; o O2; o nitrogênio, N2 (80% da atmosfera). Todas essas moléculas, se você observar bem, você só tem aí a conexão direta através das ligações, né? O nitrogênio, N2, também faz apenas uma única ligação entre os átomos. No caso do nitrogênio, você tem uma tripla ligação entre os átomos de nitrogênio. Adivinha só: se você olhar bem, nesse caso aí, a posição apenas dos núcleos – olha lá, posição dos núcleos dessas moléculas – elas estão numa linha: dois pontos ligados por uma linha. Então, nesse caso, eu falo que todas essas moléculas aí apresentam uma geometria que a dita linear. Pois é, todas elas são lineares aí na sua estrutura: geometria dita linear. Mas essas moléculas são simples, né? Só tenho dois átomos por molécula. A metade das coisas é evidente que sim.

Vamos chamar de moléculas poliatômicas: muitos átomos na sua estrutura. Nesse caso, vou ter que avaliar a quantidade do que a gente chama de nuvens eletrônicas. Sabe o que é uma nuvem eletrônica? Observem: uma nuvem eletrônica pode ser considerada um par de elétrons que não faz ligação – em chamá-las de pares de elétrons não ligantes – uma ligação simples também é considerada apenas uma única nuvem; uma ligação dupla também uma única nuvem. Atenção, galera! Então, cuidado, né? É muito comum o pessoal achar que a ligação dupla são duas nuvens eletrônicas. Pelo contrário: apenas uma nuvem, uma única nuvem eletrônica para a ligação dupla. Então, já estou sacando: a ligação tripla também uma única nuvem; e a presença da dativa também tem uma única nuvem eletrônica, né? Então, faça atenção aí nessas situações. É preciso saber o que é uma tal de "nuvem" eletrônica. Hoje, um exemplo para como é que a gente vai verificar a geometria através dessas nuvens. Coloquei para o CO2, o dióxido de carbono, né? A sua estrutura: 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. Tanto aqui... essa molécula de CO2 apresenta, nesse caso, duas nuvens eletrônicas. E mais: quando os ligantes possuem, ao redor do meu átomo central, nessa mesma molécula, então eu tenho exatamente dois ligantes ao redor do átomo central. Estão aqui exatamente os meus dois ligantes: duas nuvens com dois ligantes. Se você observar muito bem, nesse caso, como ela vai se comportar, veja bem: eu vou te dar uma dica aqui, olha só. Nesse caso, eu tenho as minhas duas nuvens com os seus dois ligantes no átomo central. Adivinha: se você observar muito bem, isso aqui 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 aí duas nuvens com dois ligantes é linear. Tudo bem, galerinha? Um pouquinho mais, eu vou trocar de luvas, já que mostra algumas outras moléculas e algumas outras geometrias. Tudo bem? Até certo, tudo muito bem.

Na primeira parte dessa aula, nós estamos falando da geometria molecular. Vimos lá que poderíamos ter geometrias lineares, tanto em moléculas diatômicas – o caso do H2, O2, CO2 e assim por diante – e também em moléculas que possuíam duas nuvens com dois ligantes independentes – ligantes são iguais ou então diferentes. Agora, vou aumentar um pouco mais. Se eu vou colocar três nuvens eletrônicas... pois é, com três nuvens. Bom, três lembra tri. Na 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, né? Eu sempre vou escrever aí, nessa... ao triângulo, como sendo algo que está no meio, que é o meu átomo central, com três ligantes. Mas lembrando algumas coisas: aí a gente fala de geometria molecular; eu estou pensando na posição apenas dos núcleos dos átomos, né? Então, os átomos têm que estar nos vértices desse meu triângulo. Coloquei duas moléculas para a gente fazer a análise da geometria: o dióxido de enxofre, SO2, e também o trióxido de enxofre, SO3. São dois gases na atmosfera que são considerados poluentes por conta da sua reação com água, gerando aí a chuva ácida. Certo? Pois depois eu te conto essas histórias. Vamos ver primeiro como é que eu verifico a geometria do SO2, do dióxido de enxofre. Percebeu muito bem? Aqui eu já desfiz a estrutura. Se você não se lembra de como desenhar a estrutura das moléculas, voltem algumas aulas aí, nas aulas de ligações covalentes. Percebi uma coisa: eu tenho uma ligação dupla entre enxofre e oxigênio. Como enxofre e oxigênio são da mesma família – família 6A – são calcogênios, eles precisam apenas de duas ligações para ficar estáveis com oito. Pois é. Então, nesse caso, eu posso fazer uma ligação simples normal e o então chamado de ligação dativa. Eu representei aqui a ligação dativa apenas por um traço. Quantas nuvens eletrônicas você está observando ao redor do átomo central? Pensou? Provavelmente você deve ter respondido duas. Eu respondo para você: não! Na verdade não é só três, existem exatamente três nuvens eletrônicas. Mim? Você tá ficando maluco? Eu estou observando não é só dois, apenas duas nuvens. Pois é, isso aí é o que os caras fazem com você na prova: eles não colocam as duas totais e colocam uma molécula, se é que colocam moléculas, não o desenho dela. Verifique você a quantidade de elétrons de cada um dos conectores aqui. Quer ver? Olha o átomo central: cada ligação eu tenho sempre um par de elétrons, então tem 1, 2, 3, 4. Lógico: cada ligação exatamente um par de elétrons, 4 elétrons aqui, uma outra ligação, 5 e 6. 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. Que ó: esse par de elétrons é a obra na molécula de SO2 que o cara não colocou para você; você que deve identificar 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 é a segunda da minha ligação com oxigênio, e uma terceira está aqui, há! Então, nesse caso, essa é uma molécula que possui exatamente três nuvens eletrônicas, sim; e ao redor do átomo central possuem dois ligantes: três nuvens com dois ligantes. Observar qual geometria é essa. Tal cisão, três nuvens... já sei uma coisa: agora ele está no centro de um triângulo, pau! Quem está no centro continua no centro; o desenho aqui, ó, o S, que o enxofre continua no centro. Tem uma coisa para cima porque é um triângulo; tem duas para baixo porque o triângulo também... vão 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 para cima não tem um átomo e sim para eletrônico não ligante. Bom, deixa eu continuar fazendo as minhas ligações: só tem uma ligação dupla primeiro aqui entre o átomo de enxofre e oxigênio; uma ligação simples, o dativo aqui em relação ao outro átomo de oxigênio. Eu não posso chamar, nesse caso, de uma geometria triangular, sul, é porque eu não fechei um triângulo. Tudo bem, a molécula que se encontra lá no centro do triângulo, mas cuidado: isso aqui não é um átomo. A geometria molecular, eu sempre considero a posição dos átomos no espaço. Foi muito bem. Se aqui eu não tenho, nesse caso, não é um átomo, eu não posso falar ou não vou considerar ele para a geometria. Se eu não considero, eu verifico que eu possuo um ângulo de ligação entre os átomos que estão conectados. É: toda vez que você observar e tomar cuidado: três nuvens com dois ligantes, sempre, sempre, sempre você vai ter uma geometria que é dita angular. É: com três nuvens e dois ligantes, a geometria é dita angular. Perceba o que mostrar alguma coisa acontece mais ou menos, olha só! Cuidado, barulho aqui! Eu teria uma geometria com duas nuvens, dois ligantes, né? Mas se eu tiver três nuvens, mesmo que seja uma nuvem eletrônica de um par num ligante, ela vai ter que ocupar um certo espaço. É, então essa minha nova nuvem vai forçar a ligação para baixo, forçando essa ligação para baixo; tem uma geometria agora, acredita? Angular! Olha só, alá, o átomo de enxofre que 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? Bom, estou lá no próximo caso, aí no caso do SO3, o trióxido de enxofre. Agora é preciso verificar de novo aquela dica: verifique se o átomo central já está estabilizado com oito elétrons pela regra do octeto. Então houve uma coisa: cada ligação até um par de elétrons, então ele já tenho dois elétrons, 3, 4, 5, 6, 7 e 8. Perfeito! O átomo central está estabilizado, então posso contar tranquilamente as nuvens eletrônicas sem sustos. A tem: uma nuvem eletrônica, perfeito; duas, três. Se tem três nuvens eletrônicas, e eu já sei que esse cara está no centro de um triângulo, né? Se tá no centro do triângulo, e eu vou desenhar, ó: tem alguma coisa no meio, que é um átomo central; uma coisa para cima e duas para baixo. Quem está no meio continua no meio. Nesse caso, de Chopin, 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: ter um oxigênio aqui nessa ponta, outro oxigênio nesse e para finalizar um terceiro oxigênio, né? Em relação às minhas ligações, ela tem uma ligação dupla com o efeito, uma ligação simples, nesse caso, a dativa, tanto faz que está lá. Bom, nesse caso então, lá: três nuvens com três ligantes. Tri-contre! Eu vou chamar essa geometria de trigonal. É uma geometria que é chamada de trigonal. A gente também chama de triangular, viu? Triangular, também pode chamar. Nesse caso, é tri-angular, aí, então, trigonal, certo? Só para você observar, vou pegar dias mesmo que chega só olha só o barulho! Então tá aqui, olha só que perfeito! O átomo central se encontra na junção das minhas bexigas. Então, átomo de enxofre aqui, cada átomo de oxigênio se encontra aqui nessas pontas. Mesmo que você queira dobrar esse negócio, fazendo alguma coisa assim, ela volta lá: uma geometria triangular. O trigonal está aqui, a molécula do SO3, nesse caso. Tudo bem, galera? Em pó ou aumentar um pouquinho mais a quantidade de nuvens, eu já volto com a próxima loja. Segurei até mais! Tudo muito bom.

A última parte de uma sala de geometria molecular, agora aumentando um pouquinho aí com um total de quatro nuvens. Então falamos lá de duas nuvens, dois ligantes na geometria linear; falamos de três nuvens – tomar cuidado, que três nuvens com dois ligantes tem uma geometria angular; e três nuvens com três ligantes, e encontro eu tenho uma geometria trigonal plana, ou também chamar e triangular plana. Para aumentar um pouquinho mais, vou para quatro nuvens eletrônicas. Na... quatro nuvens. Então, nesse caso, a minha molécula, qualquer molécula possuir há exatamente quatro nuvens eletrônicas, está no centro de um tetraedro, né? Nesse caso, o desenho trago para você: alguma coisa está no centro, que é o átomo central; uma coisa tá para cima e três estão para baixo, né? No centro de tetraedro. Coloquei algumas moléculas, se você observar muito bem, para a gente fazer a análise da geometria delas, começando aí pela água, H2O. Marca em galera, olha só, a água, H2O. Então, o átomo central, o oxigênio, com dois hidrogênios ligados ao redor dele. Nesse caso, já coloquei direto aí para você os pares eletrônicos não ligantes. Mas lembre-se: se 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 comigo: nesse caso, eu tenho exatamente uma, duas, três, quatro nuvens. É evidente que tem que ter quatro nuvens. Então, analisando moléculas por 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 próxima e três coisas estão para baixo, formando mais ou menos um tetraedro. Mas percebi uma coisa para essa molécula, para a água, H2O: eu tenho um total de dois ligantes, que são os dois átomos de hidrogênio ao redor do átomo central, que é oxigênio. Então, 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, dois ligantes para baixo, e ficar bem mais simples: é o hidrogênio, que hidrogênio nas outras pontas. Eu tenho os pares de elétrons que não fizeram ligação, os pares eletrônicos não ligantes. Nesse caso, faça ligações: ela hidrogênio-oxigênio, uma ligação simples; hidrogênio e oxigênio também uma ligação simples. Observe muito bem: para a geometria molecular, eu só considero a posição dos núcleos atômicos. Aqui tem 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 água, e nesse caso, perceba muito bem que formou um ângulo de ligação. Essa também é uma geometria dita angular. É que a geometria também é dita angular com quatro nuvens e dois ligantes. Nesse caso, também tem uma geometria dita angular. Tudo bem? Vai sacar na numeração das nuvens? Passando próximo! Olha só, amônia, NH3, um gás com um cheiro extremamente irritante, forte. Quatro nuvens eletrônicas. Vou contar: nitrogênio, um átomo central na família 5A, faz três ligações para ficar estável e sobra então para eletrônico não ligantes aqui. Então, eu tenho exatamente aí quatro nuvens eletrônicas. Com quatro nuvens eletrônicas, eu já sei que esse cara vai estar no centro de um tetraedro. Então, já coloco lá: átomo no centro, uma coisa tá para cima e três estão para baixo, depois, ou conectando as coisas que estão nessa mesma molécula em relação aos ligantes. E tem 1, 2, 3 ligantes ao redor do átomo central: quatro nuvens com exatamente três ligantes. Bom, vou colocar então os meus átomos. No átomo central eu tenho nitrogênio; nas pontas, eu tenho átomos de hidrogênio. Coloca para baixo, é muito mais simples, e lá para cima eu tenho um par de elétrons que não faz ligação. Não é só colocando as ligações aqui, simples, para cada nitrogênio-hidrogênio. E percebi uma coisa de novo: eu não tenho completo no tetraedro, né? Aqui ainda ficam pares eletrônicos não ligantes. Eu só considero para dar a geometria a posição dos núcleos dos átomos. Se o tapa aqui e fica aparecendo como se fosse uma pirâmide. É: pois é, com quatro nuvens e três ligantes, eu tenho uma geometria que é dita piramidal. Pois é: o jogo entre a pirâmide e dá. Quatro nuvens, três ligantes, a geometria dita piramidal. Bom, vamos lá, no último caso agora: metano, CH4. CH4 é um gás de efeito estufa, vinte e uma vezes aproximadamente mais gás de efeito estufa que o próprio CO2. Como é que a molécula de metano? Até o carbono como átomo central faz quatro ligações, quatro compartilhamentos, está aí na família 4A. Um com os átomos de hidrogênio na ponta. Paulo 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, aqui os quatro átomos de hidrogênio. Perceba que ela vai estar sim no centro até a tragédia de... a desenhar: algo está no centro de uma coisa, tá para cima e três exatamente para baixo. Olha, vou colocar os átomos agora para ficar mais simples de visualizar. Átomo no centro, tem um átomo de carbono; nas pontas, então eu tenho os meus átomos de hidrogênio, os hidrogênios 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 molécula é chamada de tetraédrica. Ó, tetraédrica fica um pouco apertado aqui, mas a chama de tetraedro. Catar se você olhar no espaço, observando chega sopapo, olha só como acontece aí: eu tenho perfeitamente um tetraedro, ó, o átomo central se encontra na junção das bexigas e os quatro ligantes estão... Nesse caso, você pode tentar ouvir a molécula enfim para qualquer lado que for; ela sempre vai cair tetraedro, né? 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 é definida justamente nessas condições: as nuvens eletrônicas, então vão ter que tomar um espaço, né? Lógico, por conta dessas repulsões vão derivar em geometrias. Tudo bem, galera? Então é isso aí. O importante é saber contar nuvens, montar a molécula, foi quando os ligantes e ver qual é a geometria considerada para tudo. Bem, não fiquei com essas dicas para verificar a geometria molecular. Até o próximo dia 11! Tudo, tudo.