24- (Chang 2013) Escreva as estruturas de Lewis para a reação:
\mathrm{AlCl}_{3}+\mathrm{Cl}^{-} \longrightarrow \mathrm{AlCl}_{4}^{-}

Passo 1

Enunciado e o que se pede: temos a reação \mathrm{AlCl}_3+\mathrm{Cl}^- \longrightarrow \mathrm{AlCl}_4^-. O pedido é: escrever as estruturas de Lewis dos reagentes e do produto, mostrando como os elétrons estão distribuídos e explicando o que acontece na reação.
Informações/condições dadas e úteis (sem resolver ainda):
  • O alumínio neutro ( \mathrm{Al}) tem 3 elétrons de valência.
  • O cloro neutro ( \mathrm{Cl}) tem 7 elétrons de valência.
  • \mathrm{AlCl}_3 é um composto neutro formado por um átomo de alumínio ligado a três átomos de cloro.
  • \mathrm{Cl}^- é o íon cloreto, ou seja, um átomo de cloro com carga -1 (tem 1 elétron a mais que o cloro neutro).
  • \mathrm{AlCl}_4^- é o ânion tetrachloroaluminato, produto esperado.
  • O que devemos mostrar: contagem de elétrons de valência, distribuição de pares ligantes e não ligantes (pares de elétrons), possível defeito de octeto do alumínio em \mathrm{AlCl}_3, formação de ligação coordenada (se houver), e cálculo de cargas formais para justificar a estrutura final.

Passo 2

Contagem de elétrons de valência e montagem da estrutura de Lewis de \mathrm{AlCl}_3.
Primeiro, contamos elétrons de valência totais em \mathrm{AlCl}_3:
\text{Elétrons totais} = \text{valência de Al} + 3\times\text{valência de Cl} = 3 + 3\cdot 7 = 24\\ \text{elétrons}.éêêé
Convertendo em pares: 24 elétrons =12 pares eletrônicos.
Como montar a estrutura: o alumínio, sendo o menos eletronegativo e único átomo de tipo diferente, fica no centro ligado a três cloros. Cada ligação simples usa 2 elétrons. Se colocarmos três ligações Al–Cl gastamos 3\times 2 = 6 elétrons (3 pares). Restam 24-6=18 elétrons (9 pares) que vão como pares não-ligantes nos cloros.
Distribuição dos elétrons não-ligantes: cada cloro precisa completar o octeto; cada Cl na ligação já tem 2 elétrons da ligação, então precisa de mais 6 elétrons (3 pares) como pares não-ligantes. Três cloros demandam exatamente 3\times 6 = 18 elétrons, que é o que restou. Logo a estrutura final é: Al ligado a três Cl por ligações simples; cada Cl com três pares de elétrons não-ligantes. O alumínio, então, tem somente 3 ligações (6 elétrons ao redor) — não alcança o octeto: este é o caso clássico de alumínio “deficiente de elétrons”.
Resumo da estrutura (descrição): centro \mathrm{Al} com três ligações simples para três \mathrm{Cl}; cada \mathrm{Cl} com três pares isolados. Al não tem pares eletrônicos não-ligantes e possui 6 elétrons ao redor.

Passo 3

Estrutura de Lewis de \mathrm{Cl}^- (íon cloreto) e contagem de elétrons.
O cloro neutro tem 7 elétrons de valência; \mathrm{Cl}^- tem um elétron extra, então:
\text{Elétrons em } \mathrm{Cl}^- = 7 + 1 = 8\\ \text{elétrons} = 4\\ \text{pares}.éé
Em Lewis, \mathrm{Cl}^- é representado por um átomo \mathrm{Cl} cercado por quatro pares de elétrons (ou seja, quatro pares não-ligantes) e com carga total -1. Isso significa que \mathrm{Cl}^- tem um par de elétrons “livre” que pode ser doado para formar uma ligação.

Passo 4

Por que \mathrm{AlCl}_3 aceita \mathrm{Cl}^-: explicação conceitual (octeto e sítio vazio).
Na estrutura de \mathrm{AlCl}_3 o alumínio tem apenas 6 elétrons ao seu redor (3 ligações simples). Muitos átomos do grupo 13 (como Al) formam compostos com octeto incompleto e, por isso, são ácidos de Lewis: aceitam pares de elétrons. \mathrm{Cl}^- é uma base de Lewis forte (excesso de par eletrônico). Logo, \mathrm{Cl}^- pode doar um de seus pares não-ligantes para o alumínio, preenchendo o octeto de Al e formando \mathrm{AlCl}_4^-.

Passo 5

Formação da ligação e representação: ligação coordenada (dativa) e a estrutura de \mathrm{AlCl}_4^-.
Quando \mathrm{Cl}^- doa um par livre para o Al, forma-se uma quarta ligação Al–Cl. Essa ligação pode ser vista como uma ligação covalente normal no produto final, mas o mecanismo é que um par de elétrons do cloreto foi doado ao orbital vazio do alumínio — por isso costuma-se chamar de ligação coordenada (dativa). Depois da doação, contamos elétrons no produto:
Contagem total de elétrons em \mathrm{AlCl}_4^-:
\text{Elétrons totais} = \text{valência de Al} + 4\times\text{valência de Cl} + 1\\ (\text{carga }-1) = 3 + 4\cdot 7 + 1 = 32\\ \text{elétrons}.éêêé
Em pares: 32 elétrons =16 pares. Quatro ligações Al–Cl usam 4\times 2 = 8 elétrons; sobram 32-8=24 elétrons = 12 elétrons para pares não-ligantes, que se distribuem como 3 pares em cada um dos 4 cloros. Assim cada Cl tem octeto completo (6 elétrons não-ligantes + 2 na ligação) e o Al passa a ter 8 elétrons (4 ligações). Estrutura: Al central com quatro ligações simples para quatro Cl; cada Cl com três pares de elétrons; espécie total com carga -1.

Passo 6

Cálculo e interpretação de cargas formais (importante para entender distribuição de carga).
Fórmula para carga formal:
\text{carga formal} = \text{elétrons de valência do átomo neutro} - \text{elétrons não-ligantes} - \tfrac{1}{2}\times\text{elétrons de ligação}.éêáéãéçã
Aplicando em \mathrm{AlCl}_3:
  • Para \mathrm{Al}: 3 - 0 - \tfrac{1}{2}\times 6 = 3 - 3 = 0.
  • Para cada \mathrm{Cl}: 7 - 6 - \tfrac{1}{2}\times 2 = 7 - 6 - 1 = 0.
    Logo todas as cargas formais são zero em \mathrm{AlCl}_3.
Aplicando em \mathrm{Cl}^-:
  • Para \mathrm{Cl}^-: 7 - 8 - \tfrac{1}{2}\times 0 = 7 - 8 = -1.
Aplicando em \mathrm{AlCl}_4^-:
  • Para cada \mathrm{Cl}: 7 - 6 - \tfrac{1}{2}\times 2 = 0.
  • Para \mathrm{Al}: 3 - 0 - \tfrac{1}{2}\times 8 = 3 - 4 = -1.
    A soma das cargas formais dá -1, compatível com a carga total do ânion. Observação: apesar de parecer estranho o alumínio ficar com carga formal -1, isso é apenas um resultado da contagem de elétrons na representação de Lewis; eletronegatividade real distribui densidade de carga de forma diferente, mas para fins de Lewis isso é aceitável.

Passo 7

Como desenhar e como você deve responder na prova (dicas práticas).
  • Desenhe primeiro \mathrm{AlCl}_3: Al no centro, três traços para três Cl. Coloque três pares de elétrons (seis pontos) em cada Cl. Mostre Al com apenas três ligações (6 elétrons).
  • Desenhe \mathrm{Cl}^-: \mathrm{Cl} com quatro pares de elétrons e sinal -.
  • Mostre uma seta do par isolado de \mathrm{Cl}^- apontando para o Al indicando a doação do par (ligação coordenada). Depois, escreva a estrutura de \mathrm{AlCl}_4^- com Al ligado a quatro Cl, cada Cl com três pares de elétrons, e carga total -1.
  • Se pedirem, calcule as cargas formais usando a fórmula dada para confirmar a consistência.
Você pode anotar ao lado: “ligação formada por doação de par (base de Lewis \mathrm{Cl}^- → ácido de Lewis \mathrm{AlCl}_3)” — isso mostra que você entendeu o mecanismo.

Resposta

\mathrm{AlCl}_3: Al no centro ligado a três \mathrm{Cl} por ligações simples; cada \mathrm{Cl} com três pares de elétrons não-ligantes (cada Cl completa o octeto) e Al tem 6 elétrons ao redor (deficiente).
\mathrm{Cl}^-: \mathrm{Cl} com quatro pares de elétrons não-ligantes (8 elétrons) e carga formal -1.
\mathrm{AlCl}_4^-: Al no centro ligado a quatro \mathrm{Cl} por ligações simples; cada \mathrm{Cl} com três pares de elétrons não-ligantes (octeto completo); carga total do conjunto -1.

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