Apresentar a estrutura geométrica mais estável, e escrever as respectivas fórmulas de Lewis para:
molécula de formaldeído, \mathrm{H}_{2} \mathrm{CO}

Passo 1

O que o enunciado pede: apresentar a estrutura geométrica mais estável da molécula de formaldeído e escrever as respectivas fórmulas de Lewis.
Informações dadas implícitas no enunciado que vamos usar: a fórmula molecular é \mathrm{H}_{2}\mathrm{CO} (dois hidrogênios, um carbono, um oxigênio). Não há outras figuras ou dados adicionais.

Passo 2

Contagem dos elétrons de valência (passo obrigatório para montar estruturas de Lewis). Vou somar os elétrons de valência de cada átomo:
2\cdot 1\;(\text{H}) + 4\;(\text{C}) + 6\;(\text{O}) = 2 + 4 + 6 = 12.
Portanto temos \,12 elétrons de valência para distribuir na molécula. Dica: cada H precisa de 2 elétrons (dueto), C e O preferem regra do octeto (8 elétrons ao redor).

Passo 3

Escolha do esqueleto (colocação dos átomos): carbono costuma ser o átomo central em compostos orgânicos com H e O. Então montamos o esqueleto:
\mathrm{H}-\mathrm{C}-\mathrm{H}
com o oxigênio ligado ao carbono:
\mathrm{H}-\mathrm{C}-\mathrm{H} \quad\text{e}\quad \mathrm{C}-\mathrm{O}.
Ou seja, C ligado aos dois H e ao O.

Passo 4

Distribuição inicial de elétrons e formação de ligações simples: cada ligação simples usa 2 elétrons. Se ligar C aos dois H e ao O com ligações simples usamos 3 ligações \times 2 = 6 elétrons. Restam
12 - 6 = 6\\ \text{elétrons}.é
Esses elétrons restantes devem ser colocados como pares livres, preferindo completar primeiro o octeto dos átomos mais eletronegativos (oxigênio).

Passo 5

Tentar completar octetos com pares livres: se colocarmos os 6 elétrons (3 pares) todos no oxigênio, o oxigênio teria 3 pares livres + 1 ligação simples = 8 elétrons — octeto satisfeito. O carbono com três ligações simples teria apenas 6 elétrons (violação do octeto). Para dar ao carbono o octeto precisamos transformar a ligação C–O em uma ligação dupla (compartilhar mais um par de elétrons entre C e O). Assim formamos a única dupla razoável:
\mathrm{C}=\mathrm{O}
Depois disso a distribuição fica: cada H com 1 ligação (dueto satisfeito), C com 3 ligações totais (duas C–H simples e uma C=O dupla) — contando elétrons ao redor do C: 2+2+4=8, octeto satisfeito; O com uma ligação dupla (4 elétrons compartilhados) mais dois pares livres (4 elétrons não ligantes) — octeto satisfeito.

Passo 6

Desenho explícito da estrutura de Lewis principal (coloquei os pares livres do oxigênio como dois dois-pontos, cada “:” representa um par de elétrons):
\mathrm{H}-\mathrm{C}=\mathrm{:O:}
Interpretação prática: O está ligado ao C por uma dupla ligação e tem dois pares livres; cada H está ligado ao C por uma ligação simples.

Passo 7

Cálculo das cargas formais para verificar a melhor estrutura (fórmula geral que usamos):
\mathrm{FC} = V - N - \tfrac{1}{2}B,
onde V = elétrons de valência do átomo isolado, N = elétrons não-ligantes (pares livres) no átomo na estrutura, B = elétrons envolvidos em ligações em torno desse átomo (contando todos os elétrons em ligações).
Calculemos para a estrutura com a dupla C=O:
  • Hidrogênio: V=1,\\ N=0,\\ B=2 \Rightarrow \mathrm{FC}=1-0-\tfrac{1}{2}\cdot 2=0. Cada H tem carga formal 0.
  • Carbono: V=4,\\ N=0,\\ B=8 \Rightarrow \mathrm{FC}=4-0-\tfrac{1}{2}\cdot 8=0. C tem carga formal 0.
  • Oxigênio: V=6,\\ N=4\\ (\text{dois pares}),\\ B=4\\ (\text{dupla}) \Rightarrow \mathrm{FC}=6-4-\tfrac{1}{2}\cdot 4=0. O tem carga formal 0.
Todas as cargas formais são zero — ótima notícia: isso indica que a estrutura com C=O dupla é a forma principal (mais estável) porque minimiza separações de carga.

Passo 8

Resonância: existe uma forma de ressonância menor em que a dupla C=O é representada como uma ligação simples C–O e o oxigênio carrega carga negativa enquanto o carbono carrega carga positiva:
\mathrm{H}-\mathrm{C}^{+}-\mathrm{O}^{-}
Nessa forma o oxigênio teria três pares livres (carga -1) e o carbono ficaria com só 6 elétrons formalmente (carga +1). Essa forma contribui pouco porque introduz cargas separadas; a estrutura com a dupla ligação e cargas formais zero é energeticamente mais favorável. Portanto a ressonância existe, mas seu peso é pequeno.

Passo 9

Geometria e hibridização (explicação didática curta): ao redor do carbono há três regiões de densidade eletrônica (duas ligações C–H e a ligação C=O, onde a dupla conta como uma região). Três regiões implicam geometria eletrônica trigonal plana e hibridização \mathrm{sp^{2}} para o carbono, com ângulos próximos de \,120^\circ. Consequência: a molécula é plana (todos os átomos no mesmo plano), e o carbono e oxigênio usam \mathrm{sp^{2}} (o oxigênio também tem três regiões: uma ligação dupla + dois pares).

Resposta

Geometria: trigonal planar em torno do carbono (molécula plana), hibridização \mathrm{sp^{2}}, ângulos aproximadamente 120^\circ.
Fórmulas de Lewis: forma principal (mais estável)
\mathrm{H}-\mathrm{C}=\mathrm{:O:}
forma de ressonância menor
\mathrm{H}-\mathrm{C}^{+}-\mathrm{O}^{-}

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