Teoria da VSEPR e o Efeito de Pares Solitários

Efeito de Pares Solitários de Eletrões na Geometria Molecular

É importante notar que a geometria de pares de eletrões ao redor de um átomo central não é o mesmo que a sua estrutura molecular. A estrutura molecular descreve a localização dos átomos, não dos eletrões. A geometria que inclui todos os pares de eletrões é a geometria dos pares de eletrões. As geometrias de pares de eletrões descrevem todas as regiões onde os eletrões estão localizados, ligações, e pares solitários. A estrutura que inclui apenas a colocação dos átomos na molécula é chamada de estrutura molecular. As geometrias de pares de eletrões serão as mesmas que as estruturas moleculares quando não houver pares de eletrões solitários ao redor do átomo central, mas elas serão diferentes quando houver pares solitários presentes no átomo central.

Por exemplo, a molécula de metano, CH₄, que é o principal componente do gás natural, tem quatro pares de ligações de eletrões em torno do átomo de carbono central; a geometria do par de eletrões é tetraédrica, tal como a estrutura molecular. Por outro lado, a molécula de amoníaco, NH₃, também tem quatro pares de eletrões associados ao átomo de azoto e, portanto, tem uma geometria de pares de eletrões tetraédrica. Uma dessas regiões, no entanto, é um par solitário, que não está incluído na estrutura molecular, e esse par solitário influencia a forma da molécula.

Distorções de Ângulos Baseadas na Teoria da VSEPR

As pequenas distorções de ângulos ideais podem resultar de diferenças na repulsão entre várias regiões da densidade de eletrões. A teoria da VSEPR prevê essas distorções estabelecendo uma ordem de repulsões e uma ordem da quantidade de espaço ocupado por diferentes tipos de pares de eletrões. A ordem de repulsões de pares de eletrões de maior a menor repulsão é:

par solitário-par solitário > par solitário-par de ligação > par de ligação-par de ligação

Esta ordem de repulsões determina a quantidade de espaço ocupado por diferentes regiões de eletrões. Um par solitário de eletrões ocupa uma região maior de espaço do que eletrões em uma ligação tripla; por sua vez, eletrões em uma ligação tripla ocupam mais espaço do que eletrões em uma ligação dupla, e assim por diante. A ordem dos tamanhos do maior para o menor é:

par solitário > ligação tripla > ligação dupla > ligação simples

Na molécula de amoníaco, os três átomos de hidrogénio ligados ao azoto central não estão dispostos em uma estrutura molecular achatada, trigonal plana, mas sim em uma pirâmide trigonal tridimensional com o átomo de azoto no ápice e os três átomos de hidrogénio a formar a base. Os ângulos de ligação ideais em uma pirâmide trigonal baseiam-se na geometria tetraédrica de pares de eletrões. Mais uma vez, há pequenos desvios do ideal porque pares solitários ocupam regiões maiores de espaço do que eletrões de ligação. Os ângulos da ligação H–N–H em NH₃ são ligeiramente mais pequenos do que o ângulo de 109,5° em um tetraedro normal, uma vez que a repulsão par solitário-par de ligação é superior à repulsão par de ligação-par de ligação.

De acordo com a teoria da VSEPR, as localizações dos átomos terminais são equivalentes nas geometrias lineares, trigonais planas, e tetraédricas de pares de electrões. Não importa que X é substituído por um par solitário porque as moléculas podem ser rodadas para converter posições. Para geometrias trigonais bipiramidais de pares de electrões, no entanto, existem duas posições X distintas, uma posição axial (se segurarmos em um modelo de uma pirâmide trigonal pelas duas posições axiais, temos um eixo ao redor do qual podemos rodar o modelo) e uma posição equatorial (três posições formam um equador ao redor do centro da molécula). A posição axial é rodeada por ângulos de ligação de 90°, enquanto que a posição equatorial tem mais espaço disponível devido aos ângulos de ligação de 120°. Em uma geometria trigonal bipiramidal de pares de eletrões, pares solitários ocupam sempre posições equatoriais porque essas posições mais espaçosas podem acomodar mais facilmente os pares solitários maiores.

Quando um átomo central tem dois pares de eletrões solitários e quatro regiões de ligação, temos uma geometria octaédrica de pares de eletrões. Os dois pares solitários estão em lados opostos do octaedro (afastados 180°), originando uma estrutura molecular quadrada plana que minimiza as repulsões par solitário-par solitário.

Este texto foi adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section 7.6: Molecular Structure and Polarity.