Geometria molecular

 A Geometria Molecular e as Ligações Químicas

A geometria molecular trata a distribuição espacial e arranjos dos átomos em uma molécula.
Através da geometria molecular é possível prever se a molécula é polar ou não. 

Tipos de Geometria Molecular

Temos vários tipos de geometria molecular as quais podemos citar. Forma linear plana, forma trigonal plana, forma tetraédrica espacial, forma bipiramidal trigonal que é também espacial, bipiramidal pentagonal espacial, forma octaédrica que também é espacial,  e a forma de retículo cristalino.

                                      A Forma Linear Plana
Hidreto de Berílio

Podemos citar um exemplo bem típico a molécula do hidreto de berílio  BeH2

                       A Forma Trigonal Plana

Trifluoreto de Boro

O trifluoreto de boro (BF3) pode representar muito bem essa característica de forma trigonal plana. Observe a sua estrutura abaixo. Essa substância tem aplicação em microeletrônica.

Uso do Trifluoreto de Boro

O trifluoreto de boro é um gás incolor, corrosivo, altamente irritante e tóxico, é utilizado em fumigação especialmente no controle de pragas, como por exemplo, as que atacam a madeira. Tem outros usos como: fluxo ou limpeza prévia do local a ser soldado uma peça de metal magnésio. Tem emprego como catalisador de reações de polimerização de poliésteres, na isomerização como, por exemplo; de substâncias de cadeia normal para formar substâncias de cadeia ramificada, na alquilação seu emprego é do tipo, metilação do benzeno e do naftaleno (o mesmo que inserir na molécula o radical metil), tem emprego na esterificação de gorduras e óleos e também em condensação.

Forma Tetraédrica

Fósforo Branco

O modelo representativo da molécula do fósforo branco pode ser assim esquematizado. A forma é tetraédrica com ângulos de 60º. Esse fósforo deve ser manipulado com cuidado pois é muito tóxico e quando aspirado inibe o oxigênio nos pulmões causando asfixia, é venenoso. Por ser muito reativo com o oxigênio do ar deve ser guardado em água. Com ele pode -se produzir bombas de fumaça usadas nas manobras militares e fogos de artifício.

O fósforo branco forma a estrutura tetragonal plana.

Fósforo Vermelho

O modelo da estrutura molecular do fósforo vermelho pode ser assim representada, com forma tetraédrica em ângulos de 60º. Esse tipo de fósforo está impregnado na tarja áspera dos lados da caixa de fósforo, onde se risca o palito de fósforo. Em alguns países é utilizado na fabricação das cabeças dos palitos de fósforo.

O fósforo vermelho forma a estrutura tetragonal plana.

Fósforo vermelho. Está impregnado nos lados da caixa, como se vê na foto.

Estrutura do Grafeno

Forma Trigonal Plana

O grafeno é cristalino semelhante ao diamante, possui os carbonos ligados por ligações sp2, em cadeias cíclicas de estrutura hexagonal que se arranjam de forma alotrópica trigonal plana, com disposição bidimensional de átomos compactados, com a espessura de apenas um átomo. 

Observe no esquema abaixo a formação da hibridação sp2 do carbono.

Nessa conformação estrutural, cada átomo de carbono do anel possui 4 ligações dispostos no arranjo. 

Veja a estrutura do grafeno.

   
Forma Tetraédrica - Espacial

Gás Metano

A representação geométrica da molécula do gás metano.

O gás metano forma a estrutura tetragonal espacial.

Forma Tetraédrica

      

Igualmente a estrutura do metano acima, se a molécula tiver um átomo no centro ligado a 4 átomos circundantes todos ligados a ele, a geometria será tetraédrica e os ângulos entre as ligações será de 109,28’ independente da substância. 

Tricloreto de fosforila

O tricloreto de fosforila forma uma estrutura geométrica tetragonal espacial. Observe a estrutura abaixo.

Essa substância o tricloreto de fosforila é utilizada na preparação de esteres triarilfosfato fosfato de trifenila e fosfato de tricresilo substancia que agem como retardadores de chamas e em plastificantes de PVC. Associando fosfato de trifenila com fosfato de cresilfenila se torna um pesticida usado no controle de pulgas carrapatos, controle dos flebotomíneos, vetores da leishimaniose e mosquitos vetores da dirofilariose.

Tetracloreto de silício

O tetracloreto de silício forma a estrutura tetragonal espacial. Observe a sua representação abaixo;

                Forma Bipiramidal Trigonal - Espacial

Pentacloreto de Fósforo

O pentacloreto de fósforo é um exemplo bem característico de forma bipiramidal trigonal. Observe a configuração abaixo.

Os átomos na molécula se distribuem em ângulos de 90 e 120 graus de acordo com o esquema: 

   

A Forma Octaédrica - Espacial

Hexafluoreto de Enxofre

A Forma octaédrica Hexafluoreto de enxofre (SF6). As ligações do flúor com enxofre formam sempre ângulos de 90º. Essa molécula apresenta a forma espacial tridimensional.

A disposição dos átomos na molécula fica bem caracterizado conforme o esquema:

   
A Estrutura do Quartzo

Retículo Cristalino

O quartzo apresenta a arrumação odos átomos de silício e oxigênio na forma de um retículo cristalino.

Questões

1) A geometria molecular trata a:

a) a geometria do domínio eletrônico entre os átomos da molécula.
b) a polaridade atômica e arranjos dos átomos nas substâncias.
c) a distribuição e arranjos dos átomos na geometria angular atômica.
d) a distribuição e arranjos dos átomos em uma molécula.
e) a polaridade entre átomos e moléculas, criando as ligações químicas.

2) Com relação a polaridade intermolecular, a geometria molecular trata a:

a) distribuição espacial dos elétrons na formação das ligações entre moléculas.
b) distribuição espacial das nuvens eletrônicas na formação das ligações entre moléculas.
c) distribuição eletrônica das nuvens ionizantes na formação das moléculas.
d) desordenar as nuvens eletrônicas na formação das ligações moleculares.
e) transformação espacial das nuvens eletrônicas na formação das moléculas.

3) O hidreto de berílio tem a configuração H  ̶  Be  ̶  H. Essa configuração é:

a) trigonal plana.

b) tetraédrica.

c) Tetragonal plana.

d) linear plana.

e) bipiramidal.

4) O modelo da estrutura molecular do fósforo vermelho pode ser assim representada, com forma tetraédrica e ângulos de 60º. Esse tipo de fósforo é utilizado na fabricação de palitos de fósforo. O fósforo vermelho forma a estrutura:

a) bipiramidal trigonal.
b) tetragonal plana.
c) espacial tridimensional.
d) tetragonal espacial.
e) trigonal plana.

5) O hexafluoreto de enxofre (SF6) organiza as ligações do flúor com enxofre, formando sempre ângulos de 90º. Essa molécula apresenta a forma.

a) tetraédrica  espacial tridimensional.          
b) bipiramidal, espacial bidimensional.
c) octaédrica, espacial tridimensional.
d) trigonal, espacial bidimensional.
e) espacial tridimensional.

6) O grafeno é uma forma alotrópica do carbono constituído por uma folha planar (arranjo bidimensional) de átomos compactados e com a espessura de apenas um átomo. Sua estrutura é formada por anéis hexagonais, conforme a figura.

   

Nesse arranjo, os átomos de carbono possuem hibridação.               
        
a) sp de geometria linear.
b) sp3 alternados com carbonos com hibridação sp de geometria linear.       
c) sp2 de geometria trigonal planar.

d) sp3d de geometria planar.

e) sp3d2 com geometria hexagonal planar.

                    
Bibliografia

Química, Volume 1, Martha Reis - Meio Ambiente, Cidadania, Tecnologia. Editora FTD 1º edição  São Paulo 2010.

Química Cidadã. Ensino Médio Volume 1, 1º Ano. Pequis Wildson Santos, Gerson de Souza Mol, Siland Meiry França Dib, Roseli Takako Matsunaga, Sandra Maria de Oliveira Santos Eliane N. F. Castro, Gentil de S. Silva, Salvia B. Farias - 2ª edição, São Paulo 2013. 

Francisco Miragaia Peruzzo, Eduardo Leite Canto. Química na Abordagem do Cotidiano. Volume 1, Quimica Geral e Inorgânica. 4ª edição, editora moderna, São Paulo 2010.

Cloreto de fosoforila - Wikipedia, a enciclopédia livre
https://pt.wikipedia.org/wiki/Cloreto_de_fosforila

Phosphorus oxychloride POCl3 - PubChem
https://pubchem.ncbinlm.nihgov/compound/Phosphoryl_chloride

Geometria molecular - Wikipédia, a enciclopédia livre
https://pt.wikipedia.org/wiki/Geometria_molecula

Gases III - Cálculo Das Misturas Gasosas

Gases III
             
Cálculo Das Misturas Gasosas

Uma mistura gasosa é a mistura de vários gases perfeitos que não reagem entre si. Por exemplo: 

Gás nitrogênio (N2) 78,08 %, +  oxigênio (O2) 20,95 %,  +  argônio (Ar) 0,934 %,  +  neônio (Ne) 0,0018 %,  +  hélio (He) 0,0005 %,  +  hidrogênio (H) 0,00005 %. 

Todos esses gases formam o ar que respiramos que se comporta como um único gás.

Frações Molares

Frações molares aplicadas aos gases, é cada um dos gases que compõem a mistura. Se o gás é uma mistura de vários gases como citado acima, cada um desses gases se comporta como uma fração da mistura.

Para o cálculo das frações molares, deve-se calcular o número de mols de cada fração de gás ou n... da mistura citada acima. No caso dos gases do ar atmosférico consideramos apenas os três primeiros gases que estão em maior proporção na atmosfera terrestre.

n  =  n 1 + n 2 + n 3 ... da mistura é a soma dos três gases principais da atmosfera terrestre que será igual a 100 % ou igual a 100 gramas que será igualmente a três mols.

Cálculo da Pressão Total de Uma Mistura Gasosa
          
A pressão total de uma mistura é a somatória das pressões parciais dos gases componentes da mistura.

Veja um exemplo bem claro.

1) Num recipiente próprio de 67,5 litros de volume (V) a 273 K (T) temos 44 gramas de CO2, (gás carbônico), 64 gramas de SO2 (dióxido de enxofre) e 34 g de H2S (gás sulfídrico). Pede-se para calcular a pressão total da mistura.

1º soma-se os volumes parciais da mistura.

Usamos a equação:

Calculamos M:

Encontramos a pressão total.

             

Cálculo Das Frações Molares

Cada gás da mistura é uma fração molar.

A soma das frações molares é sempre igual a 1

Calculo Das Pressões Parciais De Uma Mistura em CN

          
Tomando como exemplo os mesmos três gases anterior.

Para CO2   

Para SO2 

Para o H2S

          

Cálculo da Pressão total.

    

Texto em construção.

         

Gases II

  

Equação Geral Dos Gases

General Gases Equation

 Volume Molar Dos Gases
          

1 mol de qualquer gás tem sempre 6,02 x 1023 moléculas.

Vejamos exemplos:

1 mol de gás hidrogênio (H2)    =    2,0 g = 6,02 x 1023 moléculas.

1 mol de gás oxigênio    (O2)    =  32,0 g = 6,02 x 1023 moléculas.

1 mol de gás nitrogênio  (N2)    =  28,0 g = 6,02 x 1023 moléculas.

1 mol de gás carbônico  (CO2)  =  44,0 g = 6,02 x 1023 moléculas.

1 mol de gás cloro          (Cl2)    =  71,0 g = 6,02 x 1023 moléculas.

1 mol de gás acetileno   (C2H2) =  26,0 g = 6,02 x 1023 moléculas.

1 mol de gás butano      (C4H8)  =  56,0 g = 6,02 x 1023 moléculas.

1 mol de gás metano     (CH4)   =  16,0 g = 6,02 x 1023 moléculas.

O volume molar dos gases em CNTP.

             

CNTP = condições normais de temperatura e pressão.

           

CN - Pressão = 1 atm = 760 mmHg.

CN - Temperatura = 273 K = zero grau Celsius.

1 mol de qualquer gás = 22,5 L em CNTP.

A massa de 1 mol de qualquer gás ocupa o mesmo volume na mesma pressão e temperatura.

1 mol de gás hidrogênio (H2)     =    2,0 g = 6,02 x 1023 moléculas = 22,5 L.

1 mol de gás oxigênio    (O2)     =  32,0 g = 6,02 x 1023 moléculas = 22,5 L.

1 mol de gás nitrogênio  (N2)     =  28,0 g = 6,02 x 1023 moléculas = 22,5 L.

1 mol de gás carbônico  (CO2)  =  44,0 g = 6,02 x 1023 moléculas = 22,5 L.

1 mol de gás carbônico  (Cl2)    =  71,0 g = 6,02 x 1023 moléculas = 22,5 L.

1 mol de gás acetileno   (C2H2) =  26,0 g = 6,02 x 1023 moléculas = 22,5 L.

1 mol de gás butano      (C4H8)  =  56,0 g = 6,02 x 1023 moléculas = 22,5 L.

1 mol de gás metano     (CH4)   =  16,0 g = 6,02 x 1023 moléculas = 22,5 L.

                
Número de Mol dos Gases

    

Para calcularmos o número de mol dos gases podemos utilizar a expressão:

             

1) Qual é o volume de 120 gramas de SO3 (anidrido sulfúrico) em CN?

Calculamos a massa do SO3 .  

Para calcularmos o número de mol utilizamos a fórmula:

Ou calculamos pela regra de três.

O volume de anidrido sulfúrico será:

2) Qual é o número de mol e o  volume de 80 gramas de gás oxigênio (O2) em condições normais?

           

Podemos calcular o número de mol pela regra de três.

Calculando o volume.

3) O Brasil possui 4 unidades de produção de amônia. No Nordeste em Laranjeiras-SE, Camaçari - Ba, Cubatão - SP e Araucária - Pr, com uma produção anual de aproximadamente 412.500 toneladas de amônia, que na maior parte é utilizada na produção de fertilizantes. Essa amônia total produzida em mol e litros seria de:

a)  2250 x 109 moL e 22,50 x 109 L

b)  545,96 x 109 moL e 24,50 x 109 L

c)  24,3 x 109 moL e 545,96 x 109 L

d)  24,3 x 1010 moL e 545,96 x 1012 L

Resolução.

Volume Molar Dos Gases
        
Para calcularmos o volume molar dos gases, podemos utilizar a seguinte expressão:

Vejamos exemplo:

3) Calcular o volume ocupado por 220 g de CO2 em CN (Condições normais).

Equação Geral dos Gases
                 

A equação geral dos gases é dada pela expressão: 
                 

T = temperatura do gás.

V = volume do gás.

P = pressão do gás.

Po = pressão normal em atmosferas (1 atm) ou milímetros de mercúrio (760 mmHg).

Vo = volume normal em litros (22,5 L).

To = temperatura normal em Kelvin (273).

4) Qual é o volume molar de um gás qualquer a 680 mmHg e 30 ºC?

Utilizamos a equação geral dos gases.

5) O gás nitrogênio (N2) é vendido no estado líquido comercialmente em embalagens de vários volumes. 40 litros desse gás foram medidos a 25 ºC e 730 mmHg de pressão. Posteriormente elevou-se a temperatura para 65 ºC e a pressão baixou para 650 mmHg. Pergunta-se: qual o volume do gás agora?

Usamos a equação geral dos gases.

Equação de Clapeyron      

                   
A equação de Clapeyron é dada pela expressão:
    

P = pressão do gás.
V = volume do gás.
n = número de mols do gás.
m = massa do gás em gramas.
M = mol do gás.
R = constante universal dos gases perfeitos.
T = temperatura do gás em Kelvin.          
Valores Diferentes de “R”.  

"R" é uma constante utilizada nos cálculos da equação de Clapeyron.

Valor de R para a pressão em atmosferas e volume em litro, para um mol de qualquer gás.

          

Valor de R para pressão em mmHg e volume em litros, para um mol de qualquer gás.

Valor de R para pressão em mmHg e volume em mililitro ou mL para um mol de qualquer gás.

Tendo conhecimento dos valores de R podemos, passar para a utilização da equação de Clapeyron.

Exercícios

6) As principais fontes de gás metano (CH4) é a geológica ou de campos no subsolo e em fontes submarinas sob o leito no fundo do mar, ou sob geleiras glaciares. Com relação a esse gás, pergunta-se: qual é o volume de 180 gramas do gás metano á pressão de 1,5 atmosferas e temperatura de 27ºC? 

Exercícios Simplificados

1) Qual é o volume de 180 gramas de SO3 (anidrido sulfúrico) em CN?

2) Qual é o número de mol e o  volume de 110 gramas de gás oxigênio (O2) em condições normais?

3) O Brasil possui 4 unidades de produção de amônia. No Nordeste em laranjeiras-SE, Camaçari - Ba, Cubatão - SP e Araucária - Pr, com uma produção anual de aproximadamente 5000.000 toneladas de amônia, que na maior parte é utilizada na produção de fertilizantes. Essa amônia total produzida em mol e em litros seria de:

4) Qual é o volume molar de um gás qualquer a 780 mmHg e 28 ºC?

5) O gás nitrogênio (N2) é vendido no estado líquido comercialmente em embalagens de vários volumes. 50 litros desse gás foram medidos a 25 ºC e 730 mmHg de pressão. Posteriormente elevou-se a temperatura para 75 ºC e a pressão baixou para 600 mmHg. Pergunta-se: qual o volume do gás agora?

6) As principais fontes de gás metano (CH4) é a geológica ou de campos no subsolo e em fontes submarinas sob o leito no fundo do mar, ou sob geleiras glaciares. Com relação a esse gás, pergunta-se: qual é o volume de 280 gramas do gás metano á pressão de 1,5 atmosferas e temperatura de 30ºC?