Questão de Química — Substâncias e suas propriedades — IBFC 2023

Geometria molecular pela teoria VSEPR (RVPN)

Gabarito: letra E. A molécula FNO apresenta geometria angular (2 ligantes + 1 par isolado no átomo central = 3 nuvens eletrônicas, arranjo trigonal planar, geometria angular) e o CO₂ apresenta geometria linear (2 ligantes, 0 pares isolados no átomo central = 2 nuvens eletrônicas, arranjo e geometria lineares). A alternativa E é a única que combina corretamente as duas geometrias.

A teoria da repulsão dos pares de elétrons da camada de valência (VSEPR, do inglês valence shell electron pair repulsion), também chamada de RVPN, é o modelo que explica a forma tridimensional das moléculas. O princípio básico é que os pares de elétrons — tanto os ligantes (que formam ligações) quanto os não ligantes (pares isolados) — se repelem e se posicionam com o máximo afastamento angular possível. É essa repulsão que determina o arranjo espacial dos átomos.

O ponto central da VSEPR é que os pares de elétrons não ligantes também ocupam espaço ao redor do átomo central e influenciam a geometria, mesmo não estando envolvidos em ligações. Por isso, para prever a geometria, é preciso contar o número total de nuvens eletrônicas (pares ligantes + pares isolados) ao redor do átomo central. Cada ligação — simples, dupla ou tripla — conta como uma única nuvem eletrônica. A partir desse total, define-se o arranjo eletrônico (a posição das nuvens) e, desconsiderando os pares isolados, chega-se à geometria molecular (a posição dos átomos).

Vamos aplicar isso às duas moléculas do enunciado:

1. FNO (fluoreto de nitrosila): o nitrogênio (N) é o átomo central. Ele forma uma ligação dupla com o oxigênio (O) e uma ligação simples com o flúor (F), além de possuir um par de elétrons isolado. Contando as nuvens eletrônicas ao redor do N: a ligação dupla N=O conta como 1 nuvem, a ligação simples N–F conta como outra nuvem, e o par isolado conta como mais uma nuvem. Total: 3 nuvens eletrônicas. Com 3 nuvens, o arranjo eletrônico é trigonal planar (ângulos de 120°). Porém, como uma dessas nuvens é um par isolado, a geometria molecular — que considera apenas a posição dos átomos — é angular (ou em V), com ângulo ligeiramente menor que 120° devido à repulsão do par isolado.

2. CO₂ (dióxido de carbono): o carbono (C) é o átomo central, ligado a dois átomos de oxigênio por ligações duplas (C=O). Cada oxigênio possui 3 pares de elétrons isolados, mas esses pares estão nos átomos periféricos, não no átomo central — portanto, não influenciam a geometria. Ao redor do carbono, há apenas 2 nuvens eletrônicas (as duas ligações duplas). Com 2 nuvens, o arranjo eletrônico é linear (ângulo de 180°), e como não há pares isolados no átomo central, a geometria molecular também é linear.

A pegadinha desta questão está em confundir o arranjo eletrônico com a geometria molecular. O arranjo considera todas as nuvens (ligantes e isoladas); a geometria considera apenas a posição dos átomos. No FNO, o arranjo é trigonal planar, mas a geometria é angular — é exatamente essa distinção que a alternativa correta explora.

Guarde a relação entre o número de nuvens eletrônicas e a geometria: 2 nuvens → linear; 3 nuvens → trigonal planar (se 0 pares isolados) ou angular (se 1 par isolado); 4 nuvens → tetraédrica (se 0 pares isolados), piramidal (se 1 par isolado) ou angular (se 2 pares isolados). É esse mapa que separa as alternativas.

Alternativa A — ❌ Incorreta

Afirma que FNO é trigonal plano e CO₂ é angular. O erro está em inverter as geometrias: o FNO é que é angular (3 nuvens, 1 par isolado no N), e o CO₂ é linear (2 nuvens, 0 pares isolados no C). A banca troca as duas moléculas de lugar.

Alternativa B — ❌ Incorreta

Afirma que FNO é bipirâmide trigonal e CO₂ é em T. A bipirâmide trigonal ocorre com 5 nuvens eletrônicas ao redor do átomo central (ex.: PCl₅), e a geometria em T ocorre com 5 nuvens e 2 pares isolados (ex.: ClF₃). Nenhuma das duas moléculas tem 5 nuvens: FNO tem 3 e CO₂ tem 2. A alternativa inventa geometrias que não correspondem ao número de nuvens.

Alternativa C — ❌ Incorreta

Afirma que FNO é em T e CO₂ é octaédrica. A geometria em T exigiria 5 nuvens com 2 pares isolados no átomo central, e a octaédrica exigiria 6 nuvens (ex.: SF₆). FNO tem apenas 3 nuvens e CO₂ apenas 2 — ambas as geometrias são impossíveis para essas moléculas. A alternativa não se sustenta com os dados do enunciado.

Alternativa D — ❌ Incorreta

Afirma que FNO é linear e CO₂ é linear. O CO₂ realmente é linear, mas o FNO não é linear: com 3 nuvens eletrônicas (2 ligações + 1 par isolado), a geometria é angular. A alternativa acerta o CO₂, mas erra o FNO ao ignorar o par de elétrons isolado do nitrogênio, que força a dobra da molécula.

Alternativa E — ✅ Correta ⟵ GABARITO

Afirma que FNO é angular e CO₂ é linear. É exatamente o que a VSEPR prevê: FNO tem 3 nuvens eletrônicas ao redor do N (ligação dupla N=O, ligação simples N–F e 1 par isolado), resultando em arranjo trigonal planar e geometria angular; CO₂ tem 2 nuvens ao redor do C (duas ligações duplas C=O), resultando em geometria linear com ângulo de 180°. A alternativa espelha corretamente a análise das duas moléculas.

Gabarito: letra E