Química - Ideia 3

Por Alexandre Lima

O papel dos impedimentos espaciais na Química Inorgânica

"Faça uma previsão sobre a estabilidade das seguintes espécies químicas."

• $P_2$
• $I_2O$
• $ClI_7$

Lembrete: são compostos de estabilidade apreciável $N_2$, $OF_2$ e $IF_7$.

A fim de se resolver esse problema, é importante conhecer uma Ideia NOIC.

Algumas espécies químicas são instabilizadas pela presença de grupos volumosos, que geram sobre si tensão agravada pela repulsão elétrica entre as cargas negativas envolvidas.

Se um grupo, em virtude de seu grande volume, gera um apreciável efeito repulsivo em uma molécula, este é nomeado efeito estérico. Em muitos casos, o produto esperado de uma reação química tem sua formação inviabilizada pela magnitude do efeito estérico de seus substituintes: ou seja, muitas espécies químicas hipotéticas não existem puramente por causa do efeito estérico de algum grupo em sua estrutura.

Quando não é suficiente para inviabilizar a existência de uma molécula, o efeito estérico pode justificar torções em seus ângulos, como é o caso do efeito estérico de um par de elétrons não-ligante sobre a geometria de uma molécula. Em $NH_3$, o ângulo de ligação mede $107^o$ e em $H_2O$, $104^o50'$

Nesse caso, o par de elétrons não-ligante adicional em $H_2O$, em virtude da extensão de seu volume, reduz o ângulo da ligação $O-H$.

Conhecendo-se a natureza do efeito estérico aplicado à estrutura de compostos, faz-se possível uma análise perspicaz sobre a molécula de $P_2$.
Para que dois átomos de Fósforo sejam mutuamente conectados por uma ligação tripla, é preciso que seus orbitais p se sobreponham formando uma ligação $\pi_{pp}$; essa condição, no entanto, é desfavorável para átomos de $P$, pois seus orbitais $3p$ são muito volumosos e, espalhando-se para longe do eixo internuclear, não se sobrepoem facilmente.

Conclusão: a molécula de $P_2$ deve ser muito mais instável do que a de $N_2$ - e, de fato, é necessária uma temperatura de $827^oC$ para se sintetizar difósforo.

 

Previsões semelhantes podem ser feitas para a estabilidade do $I_2O$ e do $ClI_7$, sendo o efeito estérico fortemente determinante para ambas.

• Enquanto o raio de $F$ mede $72 pm$, o raio de $I$ mede $133 pm$, o que justifica a suposição de que o monóxido de di-iodo seja uma substância muito menos estável do que o monóxido de diflúor. Ao imaginar a figura abaixo sem o distanciamento fictício dos núcleos em cada ligação, concebemos uma estrutura extremamente tensionada cuja instabilidade química é, assim, explicada pelo efeito estérico dos átomos de Iodo. De fato, isolar o $I_2O$ é uma tarefa desafiadora para a comunidade científica.

• Observação: $IF_7$, assim como $IF_5$ e $ClF3$, pertence à curiosa família dos compostos inter-halogênios. O grande número de átomos de Flúor através do átomo central de Iodo só é viável em decorrência do grande raio atômico de $I$, capaz de acomodar os pequenos átomos de $F$ ao seu redor. O hipotético hepta-iodeto de cloro, por sua vez, reuniria sete grandes átomos de $I$ ao redor de um pequeno átomo de $Cl$: de fato, não se conhece o composto $ClI_7$.

A ideia do efeito estérico é bastante recorrente tanto em problemas de Química Inorgânica quanto em problemas de Química Orgânica. No Problema Avançado da Semana 56, o efeito estérico fortalece a defesa do mecanismo que responde o item b e está diretamente relacionado ao item c.