24- (Chang 2013) Escreva as estruturas de Lewis para a reação:
Passo 1
Enunciado e o que se pede: temos a reação
. 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 (
) tem elétrons de valência. - O cloro neutro (
) tem elétrons de valência. -
é um composto neutro formado por um átomo de alumínio ligado a três átomos de cloro. -
é o íon cloreto, ou seja, um átomo de cloro com carga (tem 1 elétron a mais que o cloro neutro). -
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
, 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
.
Primeiro, contamos elétrons de valência totais em
:
Convertendo em pares:
elétrons
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
elétrons. Se colocarmos três ligações Al–Cl gastamos
elétrons (3 pares). Restam
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
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
com três ligações simples para três
; cada
com três pares isolados. Al não tem pares eletrônicos não-ligantes e possui 6 elétrons ao redor.
Passo 3
Estrutura de Lewis de
(íon cloreto) e contagem de elétrons.
O cloro neutro tem 7 elétrons de valência;
tem um elétron extra, então:
Em Lewis,
é representado por um átomo
cercado por quatro pares de elétrons (ou seja, quatro pares não-ligantes) e com carga total
. Isso significa que
tem um par de elétrons “livre” que pode ser doado para formar uma ligação.
Passo 4
Por que
aceita
: explicação conceitual (octeto e sítio vazio).
Na estrutura de
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.
é uma base de Lewis forte (excesso de par eletrônico). Logo,
pode doar um de seus pares não-ligantes para o alumínio, preenchendo o octeto de Al e formando
.
Passo 5
Formação da ligação e representação: ligação coordenada (dativa) e a estrutura de
.
Quando
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
:
Em pares:
elétrons
pares. Quatro ligações Al–Cl usam
elétrons; sobram
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
.
Passo 6
Cálculo e interpretação de cargas formais (importante para entender distribuição de carga).
Fórmula para carga formal:
Aplicando em
:
- Para
: . - Para cada
: .
Logo todas as cargas formais são zero em.
Aplicando em
:
- Para
: .
Aplicando em
:
- Para cada
: . - Para
: .
A soma das cargas formais dá, compatível com a carga total do ânion. Observação: apesar de parecer estranho o alumínio ficar com carga formal , 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
: 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
: com quatro pares de elétrons e sinal . - Mostre uma seta do par isolado de
apontando para o Al indicando a doação do par (ligação coordenada). Depois, escreva a estrutura de com Al ligado a quatro Cl, cada Cl com três pares de elétrons, e carga total . - 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
→ ácido de Lewis
)” — isso mostra que você entendeu o mecanismo.