Exame de Física e Química A 2025 · 2.ª fase — item 6.1, resolvido

O ponto de partida. A geometria de uma molécula é a forma desenhada pelos núcleos dos átomos — e decide-se pela repulsão entre pares de eletrões de valência do átomo central. Os pares (ligantes e não ligantes) afastam-se o mais possível uns dos outros; depois, olhas só para onde ficaram os átomos para dar nome à forma.

Por isso, para cada molécula fazes sempre as mesmas três perguntas: quantos átomos estão ligados ao átomo central? quantos pares não ligantes tem o átomo central? que forma desenham os átomos?

Os eletrões de valência de que precisas: o hidrogénio ($Z=1$) tem $1$; o nitrogénio ($Z=7$, $1{\mathrm{s}}^{2}2{\mathrm{s}}^{2}2{\mathrm{p}}^3$) tem $5$; o oxigénio ($Z=8$, $1{\mathrm{s}}^{2}2{\mathrm{s}}^{2}2{\mathrm{p}}^4$) tem $6$.

1.º — (a) $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$

O nitrogénio tem $5$ eletrões de valência e falta-lhe $3$ para o octeto: forma três ligações simples com três átomos de hidrogénio e fica com um par não ligante.

À volta do nitrogénio há, portanto, quatro pares de eletrões ($3$ ligantes $+1$ não ligante), que se afastam para os vértices de um tetraedro. Mas um desses vértices é ocupado pelo par não ligante, não por um átomo. Os três hidrogénios formam a base e o nitrogénio fica no topo: uma pirâmide de base triangular.

Geometria piramidal trigonal: (a) — (4).

2.º — (b) ${\mathrm{O}}_2$

É uma molécula diatómica: só tem dois núcleos, e dois pontos definem sempre uma reta. Qualquer molécula diatómica é linear, sejam quais forem as ligações (aqui uma ligação dupla, $\mathrm{O}=\mathrm{O}$) e os pares não ligantes.

(b) — (1).

3.º — (c) ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

O oxigénio tem $6$ eletrões de valência e falta-lhe $2$: forma duas ligações simples com dois hidrogénios e fica com dois pares não ligantes.

Também aqui há quatro pares à volta do átomo central ($2$ ligantes $+2$ não ligantes), dispostos à maneira de um tetraedro. Dois vértices são ocupados por pares não ligantes; os três núcleos ($\mathrm{H}$, $\mathrm{O}$, $\mathrm{H}$) não ficam alinhados — a molécula é dobrada, com um ângulo de cerca de $104,5^{\circ }$.

Geometria angular: (c) — (2).

Resposta: (a) — (4); (b) — (1); (c) — (2).

os números que sobram

Sobram o (3) e o (5). A geometria triangular plana é a de um átomo central com três átomos ligados e nenhum par não ligante (como o $\mathrm{B}{\mathrm{F}}_3$); a tetraédrica é a de um átomo central com quatro átomos ligados e nenhum par não ligante (como o $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4$). Nenhuma das três moléculas encaixa — e é exatamente por isso que estão lá: são as respostas de quem esquece o par não ligante, ou de quem o conta como se fosse um átomo.

as trocas que o item convida

• $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ com (3), triangular plana — contou os três hidrogénios e esqueceu o par não ligante do nitrogénio. Sem ele, os três pares ligantes ficariam num plano, a $120^{\circ }$; o par não ligante empurra-os para baixo e a molécula fica piramidal.
• $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ com (5), tetraédrica — contou bem os quatro pares, mas deu o nome à disposição dos pares e não à dos átomos. A geometria molecular descreve só as posições dos núcleos; com um vértice ocupado por um par não ligante, a forma é piramidal.
• ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ com (1), linear — desenhou $\mathrm{H}-\mathrm{O}-\mathrm{H}$ em linha reta e esqueceu os dois pares não ligantes do oxigénio, que dobram a molécula. A fórmula escrita numa linha não é a forma da molécula.
• ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ com (5), tetraédrica — o mesmo engano do $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$: deu o nome à distribuição dos quatro pares em vez da dos três núcleos.

onde se perdem pontos

Item de associação, obrigatório, $10$ pontos, classificado de forma dicotómica: só a associação completa e correta das três letras vale os $10$ pontos; duas certas e uma errada valem zero.

• Esquecer os pares não ligantes do átomo central. É o erro que transforma o $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ em triangular plano e a ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ em linear — e uma só troca anula o item inteiro.
• Confundir a disposição dos pares com a geometria da molécula. Quatro pares dispõem-se sempre como um tetraedro, mas a molécula só é tetraédrica se os quatro vértices forem átomos.
• Hesitar no ${\mathrm{O}}_2$ por causa da ligação dupla. Uma molécula com dois átomos é linear, sempre.
• Não indicar a versão da prova. Sem indicação inequívoca da versão, as respostas aos itens de seleção são classificadas com zero pontos.

a regra a fixar

Conta os pares à volta do átomo central (ligantes e não ligantes) para saber como se distribuem; depois dá o nome olhando só para os átomos. Quatro pares com $4$, $3$ e $2$ átomos ligados dão, respetivamente, tetraédrica ($\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4$), piramidal trigonal ($\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$) e angular (${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$). E qualquer molécula diatómica é linear.