O trióxido de enxofre (SO3) é um poluente atmosférico secun- dário, produzido pela oxidação do dióxido de enxofre (SO2), que, por sua vez, é emitido ...

Alternativa D - SO2 e H2O

Introdução

A geometria molecular é um conceito fundamental na química que descreve a disposição tridimensional dos átomos em uma molécula. Essa disposição é crucial para determinar as propriedades físicas e químicas das substâncias, como polaridade, reatividade e estado físico. A Teoria da Repulsão dos Pares de Elétrons da Camada de Valência (VSEPR, do inglês Valence Shell Electron Pair Repulsion) é o modelo mais utilizado para prever a geometria molecular com base no número de pares de elétrons (ligantes e não ligantes) ao redor do átomo central.

Desenvolvimento

A teoria VSEPR postula que os pares de elétrons na camada de valência do átomo central se repelem e, portanto, se posicionam o mais afastado possível uns dos outros para minimizar essas repulsões. Esses pares de elétrons podem ser ligantes (formando ligações químicas com outros átomos) ou não ligantes (pares isolados, também conhecidos como elétrons livres ou lone pairs). A geometria eletrônica refere-se à arrumação de todos os pares de elétrons, enquanto a geometria molecular descreve apenas a arrumação dos átomos. Pares de elétrons não ligantes exercem uma repulsão maior do que os pares ligantes, o que pode distorcer as geometrias ideais.

Vamos determinar a geometria de cada molécula mencionada na questão:

1. Dióxido de Enxofre (SO2):

   • Átomo central: Enxofre (S), com 6 elétrons de valência.
   • Ligado a dois átomos de Oxigênio (O), cada um com 6 elétrons de valência.
   • Número total de elétrons de valência: 6 (S) + 2 × 6 (O) = 18 elétrons.
   • Estrutura de Lewis (resumida para VSEPR): O átomo de S forma uma ligação dupla com um O e uma ligação simples com o outro O, possuindo uma ressonância. Para fins de VSEPR, consideramos que o S está ligado a dois átomos de O e possui um par de elétrons não ligantes.
   • Contagem de domínios eletrônicos em S: 2 domínios ligantes (dois átomos de O) + 1 domínio de par não ligante = 3 domínios eletrônicos.
   • Geometria eletrônica: Trigonal Plana.
   • Geometria molecular: Angular (ou Bent), devido à presença do par não ligante que empurra os átomos de oxigênio para mais perto.

2. Trióxido de Enxofre (SO3):

   • Átomo central: Enxofre (S), com 6 elétrons de valência.
   • Ligado a três átomos de Oxigênio (O).
   • Número total de elétrons de valência: 6 (S) + 3 × 6 (O) = 24 elétrons.
   • Estrutura de Lewis: O átomo de S forma três ligações duplas com os três átomos de O (ocorre expansão da octeto, mas sem pares não ligantes no S).
   • Contagem de domínios eletrônicos em S: 3 domínios ligantes (três átomos de O) + 0 domínios de par não ligante = 3 domínios eletrônicos.
   • Geometria eletrônica: Trigonal Plana.
   • Geometria molecular: Trigonal Plana.

3. Água (H2O):

   • Átomo central: Oxigênio (O), com 6 elétrons de valência.
   • Ligado a dois átomos de Hidrogênio (H), cada um com 1 elétron de valência.
   • Número total de elétrons de valência: 6 (O) + 2 × 1 (H) = 8 elétrons.
   • Estrutura de Lewis: O átomo de O forma duas ligações simples com os H e possui dois pares de elétrons não ligantes.
   • Contagem de domínios eletrônicos em O: 2 domínios ligantes (dois átomos de H) + 2 domínios de pares não ligantes = 4 domínios eletrônicos.
   • Geometria eletrônica: Tetraédrica.
   • Geometria molecular: Angular (ou Bent), devido à presença dos dois pares não ligantes.

4. Ácido Sulfuroso (H2SO3):

   • Átomo central: Enxofre (S), com 6 elétrons de valência.
   • Estrutura comum: S ligado a um O por ligação dupla e a dois grupos OH por ligações simples.
   • Contagem de domínios eletrônicos em S: 3 domínios ligantes (um O duplamente ligado, dois O dos grupos OH) + 1 domínio de par não ligante (S possui 2 elétrons de valência não utilizados em ligações neste modelo) = 4 domínios eletrônicos.
   • Geometria eletrônica: Tetraédrica.
   • Geometria molecular: Piramidal Trigonal.

5. Ácido Sulfúrico (H2SO4):

   • Átomo central: Enxofre (S), com 6 elétrons de valência.
   • Estrutura comum: S ligado a dois O por ligações duplas e a dois grupos OH por ligações simples.
   • Contagem de domínios eletrônicos em S: 4 domínios ligantes (dois O duplamente ligados, dois O dos grupos OH) + 0 domínios de par não ligante = 4 domínios eletrônicos.
   • Geometria eletrônica: Tetraédrica.
   • Geometria molecular: Tetraédrica.

Análise

Vamos comparar as geometrias moleculares determinadas:

| Molécula | Átomo Central | Elétrons de Valência (Central) | Pares Ligantes | Pares Não Ligantes | Total de Domínios Eletrônicos | Geometria Eletrônica | Geometria Molecular | | :------- | :------------ | :----------------------------- | :------------- | :----------------- | :---------------------------- | :------------------ | :------------------ | | SO2 | S | 6 | 2 | 1 | 3 | Trigonal Plana | Angular | | SO3 | S | 6 | 3 | 0 | 3 | Trigonal Plana | Trigonal Plana | | H2O | O | 6 | 2 | 2 | 4 | Tetraédrica | Angular | | H2SO3 | S | 6 | 3 | 1 | 4 | Tetraédrica | Piramidal Trigonal | | H2SO4 | S | 6 | 4 | 0 | 4 | Tetraédrica | Tetraédrica |

Analisando as alternativas:

• A) SO2 e SO3: SO2 é Angular e SO3 é Trigonal Plana. Geometrias diferentes.
• B) SO2 e H2SO3: SO2 é Angular e H2SO3 é Piramidal Trigonal. Geometrias diferentes.
• C) SO3 e H2O: SO3 é Trigonal Plana e H2O é Angular. Geometrias diferentes.
• D) SO2 e H2O: SO2 é Angular e H2O é Angular. Geometrias iguais.
• E) H2SO3 e H2SO4: H2SO3 é Piramidal Trigonal e H2SO4 é Tetraédrica. Geometrias diferentes.

Portanto, as moléculas de SO2 e H2O possuem a mesma geometria molecular angular.

Conclusão

A determinação da geometria molecular é um exercício crucial para entender a estrutura e as propriedades das moléculas. Utilizando a teoria VSEPR, foi possível prever a disposição espacial dos átomos para cada uma das moléculas listadas. Através dessa análise, verificou-se que tanto o dióxido de enxofre (SO2) quanto a água (H2O) apresentam geometria molecular angular (ou bent). No caso do SO2, a geometria angular é resultado de dois domínios ligantes e um domínio de par de elétrons não ligantes ao redor do enxofre, partindo de uma geometria eletrônica trigonal plana. Já na molécula de água, a geometria angular é devida a dois domínios ligantes e dois domínios de pares de elétrons não ligantes no oxigênio, partindo de uma geometria eletrônica tetraédrica. Apesar das diferenças no número total de domínios eletrônicos e na geometria eletrônica, a presença de pares não ligantes em ambos os casos força a geometria molecular final a ser angular.

Alternativa D.