2.35 Indique se as espécies hipotéticas (a)
quadrada e (b)
angular possuem um dubleto ou um octeto de elétrons, respectivamente. Justifique sua resposta e diga se alguma delas poderia existir.
Passo 1
O enunciado pede duas coisas para cada espécie:
- (a) para
(arranjada em quadrado): dizer se ela possui um dubleto (dueto, 2 elétrons) ou um octeto (8 elétrons) e justificar; dizer se a espécie poderia existir. - (b) para
(geom. angular): dizer se cada átomo tem octeto ou não e justificar; dizer se a espécie poderia existir.
Informações dadas/implicadas que vamos usar:
- Número de elétrons de valência:
e . - As cargas das espécies afetam o total de elétrons: número total de elétrons de valência = soma dos elétrons dos átomos ± carga.
- Regras de Lewis / octeto/dueto e noções básicas de geometria / VSEPR serão usadas para justificar existência/forma.
Passo 2
Conceitos básicos (explicação didática, passo a passo):
- Dupleto (dueto) para hidrogênio: o hidrogênio fica “satisfeito” quando tem
elétrons na sua camada . Diferente do oxigênio, não há octeto para H, há apenas dueto. - Octeto: átomos do segundo período (C, N, O, F) tendem a completar
elétrons ao redor (octeto) em estruturas de Lewis. - Como contar elétrons em uma espécie com carga: calcule a soma das valências dos átomos e some (ou subtraia) elétrons de acordo com a carga. Ex.: para um íon com carga
adiciona-se 2 elétrons ao total de valência neutro; para carga subtraem-se 2 elétrons. - Formal charge (carga formal) é útil para checar plausibilidade das estruturas:
, onde é elétrons de valência do átomo isolado, é nº de elétrons em pares isolados e é nº de elétrons em ligações (contados todos). - VSEPR: pares eletrônicos ao redor do átomo central (ligações e pares isolados) determinam a geometria eletrônica; pares isolados ocupam mais espaço e inclinam a geometria molecular (p.ex. quatro regiões => geometria eletrônica tetraédrica; com duas ligações e dois pares isolados => forma angular/bent).
Passo 3
- Contagem de elétrons de valência:
Explicando: cada H dá 1 elétron; a carga
remove 2 elétrons do total.
- O que isso significa para duetos/octetos:
- O total de apenas
elétrons significa que, no máximo, há um par de elétrons para a espécie inteira. Cada hidrogênio precisa de elétrons para completar seu dueto, mas há quatro átomos H e só 1 par disponível. Portanto a espécie não pode dar a cada H o seu dueto localmente; o sistema inteiro conterá apenas um dupleto (um par) de elétrons possivelmente muito delocalizado. - Conclusão técnica: a espécie possui um dubleto (ou seja, só dois elétrons no total). Não se trata de octeto: não há elétrons suficientes para quaisquer octetos (nem faria sentido para H).
- Sobre como esses 2 elétrons poderiam se distribuir e se a espécie é plausível:
- Conceito: existe o fenômeno de ligações multicêntricas, por exemplo
é um íon estável com 2 elétrons delocalizados sobre 3 prótons (3c–2e). Analogamente, poderia ser descrito como um caso de ligação 4-centro–2-elétron (4c–2e), com o par ocupando um orbital que se estende sobre os quatro átomos. - Porém, estabilidade real: à medida que se colocam mais prótons (aumenta a repulsão coulombiana positiva) com o mesmo número de elétrons para ligá‑los, fica cada vez mais difícil obter um mínimo de energia ligado. Em
a delocalização é suficiente para superar a repulsão e formar um íon estável; em essa compensação é pior (quatro prótons vs só dois elétrons) e o repulsão próton‑próton tende a predominar. - Resultado: electronicamente é possível desenhar um modelo com 2 elétrons delocalizados (logo tem um dupleto), mas quimicamente a espécie não é esperada como um íon estável isolado em condições normais — geometria quadrada livre seria altamente instável; pode existir apenas como estado transitório ou sob confinamento extremo (p.ex. na proximidade de matrizes que neutralizem carga), mas não é uma molécula estável e isolável de rotina.
Passo 4
- Contagem de elétrons de valência:
Explicando: cada O dá 6 elétrons; a carga
adiciona 2 elétrons.
- Construção da estrutura de Lewis (passo a passo):
- Coloca-se um átomo de oxigênio central ligado aos dois átomos terminais.
- Uma estrutura que usa todos os 20 elétrons de forma razoável é a com duas ligações duplas:
onde cada ligação dupla corresponde a 4 elétrons de ligação (total de elétrons de ligação = 8) e os pares não ligados somam os
elétrons restantes.
- Distribuição de pares isolados:
- Cada átomo terminal (duplamente ligado) recebe duas pares isolados (4 elétrons).
- O átomo central fica com dois pares isolados (4 elétrons).
- Verificação: elétrons de ligação
, não-ligantes , soma .
- Verificação do octeto e cargas formais:
- Cada átomo tem
elétrons ao seu redor (ligantes contados metade): octeto satisfeito. - Cálculo rápido das cargas formais usando a fórmula:
- Para cada átomo terminal (doble ligação):
. - Para o átomo central (duas double bonds e dois pares isolados):
.
- Para cada átomo terminal (doble ligação):
- Soma das cargas formais
, que confere com a carga do íon. - Portanto sim: cada átomo tem octeto.
- Geometria (VSEPR) e “angular”:
- No átomo central há quatro regiões de densidade eletrônica (duas ligações e dois pares isolados) ⇒ geometria eletrônica tetraédrica.
- Com dois pares isolados e duas ligações, a forma molecular é angular (bent), portanto a indicação “angular” faz sentido.
- Sobre existência química:
- Electronicamente a espécie é plausível (octetos satisfeitos, estrutura razoável com cargas formais).
- Na realidade experimental, formas de oxigênio poliatômico carregado aparecem: por exemplo, o radical ozonida
(ozonida) é conhecido em sais (KO3 etc.). O ânion dianiónico não é tão comum como íon isolado e tende a ser menos estável do que outras combinações (p.ex. peróxidos ou oxiânions mais estáveis), podendo sofrer rearranjos ou disproporções. - Conclusão prática:
é eletronicamente possível (cada átomo tem octeto e a estrutura angular é plausível), mas não é um ânion comum isolável em condições suaves; sua existência como espécie estável depende do ambiente químico (pode ser instável frente a rearranjos ou reações que formem espécies mais estáveis).
Resposta
(a)
: possui um dubleto (só
elétrons no total). Não é esperado que exista estável como quadrado isolado (pode existir apenas transitoriamente ou sob confinamento extremo).
(b) : cada átomo atinge o octeto (estrutura plausível com octetos e carga formal
); a geometria é angular. Quimicamente é teoricamente possível, mas não é um ânion comum/geralmente isolável e sua estabilidade depende muito do ambiente.
(b)