2B. 1 Desenhe a estrutura de Lewis de (a) \mathrm{CCl}_{4 \text { i }} (b) \mathrm{COCl}_{2 \text { i }} (c) \mathrm{ONF}_{i} (d) \mathrm{NF}_{3}.
2B. 2 Desenhe a estrutura de Lewis de (a) \mathrm{SCl}_{2 i} (b) \mathrm{AsFr}_{3 i} (c) \mathrm{SiH}_{4 i}; (d) \mathrm{InCl}_{3}.

Passo 1

O enunciado pede para desenhar as estruturas de Lewis dos seguintes compostos (lista dos que foram fornecidos):
  • (2B.1) (a) \mathrm{CCl_4}, (b) \mathrm{COCl_2}, (c) \mathrm{ONF}, (d) \mathrm{NF_3}.
  • (2B.2) (a) \mathrm{SCl_2}, (b) \mathrm{AsFr_3} (interpreto aqui que a intenção foi \mathrm{AsF_3}; francium ligado a arsênio é extremamente improvável em exercícios; portanto vou tratar como \mathrm{AsF_3}), (c) \mathrm{SiH_4}, (d) \mathrm{InCl_3}.
Informações relevantes (valências atômicas que usarei para contar elétrons):
  • \mathrm{C}: 4 elétrons de valência.
  • \mathrm{O}: 6 elétrons de valência.
  • \mathrm{N}: 5 elétrons de valência.
  • \mathrm{F}: 7 elétrons de valência.
  • \mathrm{Cl}: 7 elétrons de valência.
  • \mathrm{S}: 6 elétrons de valência.
  • \mathrm{As}: 5 elétrons de valência.
  • \mathrm{Si}: 4 elétrons de valência.
  • \mathrm{H}: 1 elétron de valência.
  • \mathrm{In}: 3 elétrons de valência.
O objetivo para cada molécula será (procedimento a aplicar, listado aqui como informação do que entregar): determinar o átomo central, contar elétrons de valência totais, montar esqueleto com ligações simples, distribuir pares eletrônicos para completar octetos (quando aplicável), ajustar com ligações múltiplas se necessário, e verificar cargas formais.

Passo 2

Regras e ferramentas que vou usar (explicadas devagarinho):
  1. Contagem de elétrons de valência: somar os elétrons de valência de cada átomo da molécula. Isso dá o total de elétrons que devemos representar na estrutura de Lewis.
  2. Escolha do átomo central: normalmente é o átomo menos eletronegativo (exceto H, que nunca é central). Geralmente C, N, O, S, Si, In, As podem ser centrais; H e halogênios usualmente são terminais.
  3. Montagem do esqueleto: ligar o átomo central a cada átomo terminal por ligações simples (cada ligação = 2 elétrons). Subtrair esses elétrons da contagem total.
  4. Distribuição dos elétrons restantes: primeiro completar o octeto dos átomos terminais (normalmente halogênios e O) colocando pares isolados ao redor deles; depois colocar os pares restantes no átomo central.
  5. Verificar o octeto do átomo central: se faltar octeto para átomos como C, N, O, Si, etc., considerar formar ligações múltiplas (dupla/tríplice) movendo pares isolados de átomos vizinhos para formar ligações.
  6. Formal charge (carga formal): quando necessário, calculo com a fórmula
\text{carga formal} = \text{valência do átomo} - (\text{não-ligantes} + \tfrac{1}{2}\text{ligantes}).êáã
  • Aqui “não-ligantes” = número de elétrons em pares isolados sobre o átomo; “ligantes” = número total de elétrons em ligações envolvendo esse átomo. O objetivo é preferir estruturas com cargas formais próximas de zero e com cargas negativas concentradas nos átomos mais eletronegativos.
  1. Exceções: elementos do 3º período em diante podem, às vezes, expandir o octeto (S, P, etc.). Elementos do grupo 13 (B, Al, Ga, In …) frequentemente ficam com 6 elétrons (deficiência de octeto) em compostos covalentes simples; isso é aceitável em estruturas de Lewis para esses casos.
Agora aplico o procedimento passo a passo em cada molécula. Vou mostrar a contagem e as justificativas explícitas para que você reproduza na prova.

Passo 3

  1. Contagem de elétrons: \mathrm{C}:4 e 4\times\mathrm{Cl}:4\times7=28. Total 4+28=32 elétrons de valência.
  2. Átomo central: \mathrm{C} (menos eletronegativo que Cl). Esqueleto: \mathrm{Cl}-\mathrm{C}-\mathrm{Cl} mais as outras duas Cl ligadas ao C (quatro ligações simples). Cada ligação usa 2 elétrons, então as 4 ligações usam 4\times2=8 elétrons. Restam 32-8=24 elétrons.
  3. Distribuição: primeiro completar os octetos dos cloros. Cada Cl precisa de 6 elétrons não-ligantes (3 pares) além do par compartilhado na ligação. Para quatro Cls isso usa 4\times6=24 elétrons, que é exatamente o que resta. Então cada Cl fica com três pares isolados; o C não recebe pares isolados.
  4. Verificação de octeto e cargas formais: cada Cl tem 8 elétrons efetivos (1 ligação + 3 pares isolados) e carga formal 7-(6+1)=0. O C tem 4 ligações (8 elétrons) e carga formal 4-(0+8/2)=0. Tudo zerado.

Passo 4

  1. Contagem de elétrons: \mathrm{C}:4,\\ \mathrm{O}:6,\\\ 2\mathrm{Cl}:2\times7=14. Total 4+6+14=24 elétrons.
  2. Átomo central: \mathrm{C} (normalmente central). Esqueleto inicial: \mathrm{Cl}-\mathrm{C}-\mathrm{Cl} e \mathrm{C}-\mathrm{O} (três ligações simples). Ligações iniciais usam 3\times2=6 elétrons. Restam 24-6=18 elétrons.
  3. Distribuição inicial: completar octetos dos terminais primeiro — cada Cl recebe 6 elétrons não-ligantes \Rightarrow 2\times6=12 usados; sobra 18-12=6 elétrons para o oxigênio e o carbono. Coloca-se os 6 no oxigênio como 3 pares isolados: então o O teria apenas uma ligação simples + 3 pares = 8 elétrons. Mas aí o carbono teria só 3 ligações simples (6 elétrons), não completando o octeto.
  4. Ajuste para completar o octeto do C: converte um par isolado do oxigênio em uma ligação adicional, formando assim uma ligação dupla \mathrm{C}= \mathrm{O}. Após isso: O tem 2 pares isolados + a ligação dupla; C tem 3 ligações (2 simples a Cl e 1 dupla a O) totalizando 8 elétrons.
  5. Cargas formais: O (double bond) tem 6-(4+4/2)=0. Cada Cl tem 7-(6+1)=0. C tem 4-(0+8/2)=0. Estrutura ótima com todas cargas formais zero.

Passo 5

  1. Contagem de elétrons: \mathrm{O}:6,\\ \mathrm{N}:5,\\ \mathrm{F}:7. Total 6+5+7=18 elétrons.
  2. Átomo central: \mathrm{N} (menos eletronegativo que O e F). Esqueleto: \mathrm{O}-\mathrm{N}-\mathrm{F} com duas ligações simples iniciais. Ligações usam 2\times2=4 elétrons. Restam 18-4=14 elétrons.
  3. Completar octetos nos terminais: O precisa de 6 elétrons não-ligantes para completar seu octeto (já tem uma ligação), F precisa de 6 não-ligantes (já tem uma ligação). Isso consome 6+6=12 elétrons, sobrando 14-12=2 elétrons que vão ao nitrogênio como um par isolado. Situação após isso: O: 1 ligação + 3 pares = 8 elétrons; F: 1 ligação + 3 pares = 8 elétrons; N: 2 ligações + 1 par isolado = 6 elétrons (não satisfaz octeto).
  4. Ajuste formando ligação múltipla: para dar octeto ao N, formamos uma ligação dupla entre N e O (movendo um par isolado do O para a ligação). Resultado: estrutura com \mathrm{O}=\mathrm{N}-\mathrm{F}. Agora contagem de elétrons: ligações — uma dupla (4 elétrons) e uma simples (2 elétrons) = 6 elétrons; pares isolados: O tem 2 pares (4 e⁻), F tem 3 pares (6 e⁻), N tem 1 par (2 e⁻); total 6+4+6+2=18.
  5. Cargas formais: calcular rapidamente:
  • O: 6-(4+4/2)=6-(4+2)=0.
  • N: 5-(2+6/2)=5-(2+3)=0.
  • F: 7-(6+2/2)=7-(6+1)=0.
    Portanto estrutura neutra e octetos satisfeitos. Conclusão: estrutura de Lewis é \mathrm{O}=\mathrm{N}-\mathrm{F} com pares isolados adequados (O com 2 pares, N 1 par, F 3 pares).

Passo 6

  1. Contagem de elétrons: \mathrm{N}:5,\\\ 3\times\mathrm{F}:3\times7=21. Total 5+21=26 elétrons.
  2. Átomo central: \mathrm{N}. Esqueleto: N ligado a três F por ligações simples. Ligações usam 3\times2=6 elétrons. Restam 26-6=20 elétrons.
  3. Distribuição: cada F recebe 3 pares isolados (6 elétrons cada), total 3\times6=18 elétrons usados. Sobra 20-18=2 elétrons que são colocados como um par isolado no N. Resultado: N com 3 ligações + 1 par isolado (octeto satisfeito). Cálculo de cargas formais: todas zero (F: 7-(6+1)=0; N: 5-(2+6/2)=0). Estrutura final: N central com três ligações simples a F e um par isolado no N.

Passo 7

  1. Contagem: \mathrm{S}:6,\\\ 2\times\mathrm{Cl}:2\times7=14. Total 6+14=20 elétrons.
  2. Átomo central: \mathrm{S}. Esqueleto: \mathrm{Cl}-\mathrm{S}-\mathrm{Cl} com duas ligações simples (4 elétrons). Restam 20-4=16 elétrons.
  3. Distribuição: completar os cloros primeiro com 3 pares isolados cada (12 elétrons), sobrando 16-12=4 elétrons que colocamos como 2 pares isolados no enxofre. Resultado: S com duas ligações e dois pares isolados (análoga à água: formato angular). Cargas formais zero. Octeto do S: 2 ligações (4 e⁻) + 4 e⁻ não-ligantes = 8 e⁻ — satisfaz o octeto.

Passo 8

(lembrando que interpretei \mathrm{AsFr_3} como \mathrm{AsF_3})
  1. Contagem: \mathrm{As}:5,\\\ 3\times\mathrm{F}:21. Total 5+21=26 elétrons.
  2. Átomo central: \mathrm{As}. Esqueleto: As ligado a três F por ligações simples (6 elétrons usados). Restam 26-6=20 elétrons.
  3. Distribuição: colocar 3 pares isolados em cada F usa 3\times6=18 elétrons; sobra 20-18=2 elétrons que ficam como um par isolado em As. Resultado: As tem 3 ligações + 1 par isolado (octeto satisfeito: 3×2 + 2 = 8). Cargas formais zero. Geometricamente isso é piramidal (como \mathrm{NF_3} e \mathrm{NH_3}).

Passo 9

  1. Contagem: \mathrm{Si}:4,\\\ 4\times\mathrm{H}:4\times1=4. Total 4+4=8 elétrons.
  2. Átomo central: \mathrm{Si}. Esqueleto: Si ligado a quatro H por ligações simples. Ligações usam 4\times2=8 elétrons — nenhum elétron restante. Cada H tem 2 elétrons (a ligação), satisfazendo sua “regra do H” (dueto). O Si tem 4 ligações = 8 elétrons, octeto satisfeito. Cargas formais zero. Estrutura simples tetraédrica.

Passo 10

  1. Contagem: \mathrm{In}:3,\\\ 3\times\mathrm{Cl}:3\times7=21. Total 3+21=24 elétrons.
  2. Átomo central: \mathrm{In}. Esqueleto: In ligado a três Cls por ligações simples. Ligações usam 3\times2=6 elétrons. Restam 24-6=18 elétrons.
  3. Distribuição: completar octetos dos cloros: cada Cl recebe 3 pares isolados (6 e⁻), então 3\times6=18 elétrons usados — nada sobra para In. Resultado: In tem três ligações e nenhum par isolado, portanto tem apenas 6 elétrons ao redor (deficiência de octeto). Isso é comum para elementos do grupo 13; a carga formal de todos os átomos é zero (In: 3-(0+6/2)=0; Cl: 7-(6+1)=0). Em alguns compostos reais In pode coordenar adicionalmente (por dadores de par) formando polímeros, mas a estrutura de Lewis simples é In com três ligações a Cls e sem pares isolados no In.

Resposta

(a) \mathrm{CCl_4}: C central com quatro ligações simples a quatro Cl; cada Cl com três pares isolados; C sem pares isolados.
(b) \mathrm{COCl_2}: C central com dupla ligação a O ( \mathrm{C}= \mathrm{O}) e ligações simples a dois Cl; O com dois pares isolados; cada Cl com três pares isolados.
(c) \mathrm{ONF}: N central com dupla ligação a O e ligação simples a F ( \mathrm{O}=\mathrm{N}-\mathrm{F}); O com dois pares isolados; N com um par isolado; F com três pares isolados.
(d) \mathrm{NF_3}: N central com três ligações simples a F e um par isolado em N; cada F com três pares isolados.
(a) \mathrm{SCl_2}: S central com duas ligações simples a dois Cl e dois pares isolados em S; cada Cl com três pares isolados.
(b) \mathrm{AsF_3}: As central com três ligações simples a três F e um par isolado em As; cada F com três pares isolados.
(c) \mathrm{SiH_4}: Si central com quatro ligações simples a quatro H; nenhum par isolado (tetraédrica).
(d) \mathrm{InCl_3}: In central com três ligações simples a três Cl e nenhum par isolado em In (In tem 6 elétrons ao redor — comportamento comum de grupo 13); cada Cl com três pares isolados.

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