Apresente as fórmulas de Lewis e calcule as cargas formais para cada átomo dos seguintes compostos:
\mathrm{C}_{2} \mathrm{H}_{6} \mathrm{O} (existe mais de uma forma de estrutura)

Passo 1

O enunciado pede duas coisas para o composto de fórmula molecular \mathrm{C}_{2}\mathrm{H}_{6}\mathrm{O}: apresentar as fórmulas de Lewis e calcular as cargas formais para cada átomo. Foi informado que existe mais de uma forma estrutural — ou seja, há isômeros estruturais. As informações relevantes que temos são:
\mathrm{C}_{2}\mathrm{H}_{6}\mathrm{O} (dois átomos de carbono, seis de hidrogênio, um de oxigénio) e a tarefa de obter as estruturas de Lewis possíveis e as cargas formais átomo a átomo.

Passo 2

Regras básicas para desenhar a estrutura de Lewis (passo a passo didático):
  • Conte os elétrons de valência totais somando os elétrons de cada átomo. Vou explicar como fazer isso no próximo passo.
  • Monte esqueletos plausíveis (ligações entre átomos). Para \mathrm{C}_{2}\mathrm{H}_{6}\mathrm{O} os esqueletos razoáveis são \mathrm{C}-\mathrm{C}-\mathrm{O} (álcool: etanol) e \mathrm{C}-\mathrm{O}-\mathrm{C} (éter: dimetil éter).
  • Coloque ligações simples inicialmente; cada ligação usa dois elétrons.
  • Distribua os elétrons restantes como pares isolados (lone pairs) primeiro nos átomos mais eletronegativos (aqui, oxigênio), até completar o octeto (ou duetos para \mathrm{H}).
  • Ajuste (se necessário) com ligações múltiplas para satisfazer o octeto — não será necessário neste caso.
  • Para calcular carga formal use a fórmula abaixo e aplique-a a cada átomo individualmente.
Fórmula da carga formal (vou explicar cada termo):
\text{FC} = V - N - \frac{B}{2}
onde
  • V = número de elétrons de valência do átomo isolado (ex.: V(\mathrm{C})=4, V(\mathrm{O})=6, V(\mathrm{H})=1),
  • N = número de elétrons não compartilhados (pares isolados) atribuídos ao átomo na estrutura de Lewis (cada elétron conta 1),
  • B = número total de elétrons que participam de ligações ao redor do átomo (ou seja, soma dos elétrons de todas as ligações envolvendo esse átomo; cada ligação simples contribui com 2 eletrões).
Interpretação prática: em cada ligação, metade dos elétrons é “contada” para cada átomo (por isso o B/2). Se a FC dá zero, o átomo está eletronicamente “neutro” na distribuição de elétrons da estrutura de Lewis.

Passo 3

Calcule os elétrons de valência totais de \mathrm{C}_{2}\mathrm{H}_{6}\mathrm{O}:
  • Cada \mathrm{C} tem 4 elétrons de valência: 2\times 4 = 8.
  • Cada \mathrm{H} tem 1: 6\times 1 = 6.
  • \mathrm{O} tem 6.
Total: 8 + 6 + 6 = 20 \text{ elétrons de valência.}éê
Esse total ( 20) é o que usaremos para distribuir entre ligações e pares isolados nas estruturas.

Passo 4

Isômero 1: etanol (álcool), esqueleto \mathrm{H}_3\mathrm{C}-\mathrm{CH}_2-\mathrm{OH}.
Desenho e contagem de elétrons (modo prático):
  • Esqueleto de ligações: cada hidrogênio faz 1 ligação (6 ligações H–X no total), há uma ligação \mathrm{C}-\mathrm{C} e uma ligação \mathrm{C}-\mathrm{O}. Isso totaliza 6 + 1 + 1 = 8 ligações simples.
  • Elétrons usados em ligações: 8 \times 2 = 16 elétrons.
  • Elétrons restantes para pares isolados: 20 - 16 = 4 elétrons, que colocamos no oxigênio como dois pares isolados (para completar o octeto de O).
Estrutura de Lewis (descritiva):
\mathrm{H}-\mathrm{C}(\mathrm{H})_2-\mathrm{C}(\mathrm{H})_2-\mathrm{O}:(\!\!:)\!-\mathrm{H}
(mais formal: \mathrm{H}_3\mathrm{C}-\mathrm{CH}_2-\mathrm{O}:\!:\!-\mathrm{H}, com dois pares isolados no oxigênio)
Agora calculamos as cargas formais átomo a átomo usando \text{FC}=V-N-B/2.
  • Para cada hidrogênio ( \mathrm{H}): V=1. Em Lewis cada \mathrm{H} tem N=0 (sem pares isolados) e está em uma ligação simples ( B=2). Assim
\text{FC}(\mathrm{H}) = 1 - 0 - \frac{2}{2} = 1 - 1 = 0.
Cada H tem carga formal 0.
  • Carbono terminal (o \mathrm{C} do \mathrm{CH}_3): V=4. Não tem pares isolados N=0. Faz 4 ligações simples (3 H + 1 C), então B=8.
\text{FC}(\mathrm{C}_{\text{CH}_3}) = 4 - 0 - \frac{8}{2} = 4 - 4 = 0.
  • Carbono central ( \mathrm{CH}_2 ligado a C e O): também V=4, N=0, 4 ligações simples (2 H + 1 C + 1 O) \Rightarrow B=8,
\text{FC}(\mathrm{C}_{\text{CH}_2}) = 4 - 0 - \frac{8}{2} = 0.
  • Oxigênio ( \mathrm{O} em -\mathrm{OH}): V=6. Tem dois pares isolados \Rightarrow N=4 elétrons. Faz duas ligações simples (uma com C, uma com H) \Rightarrow B=4.
\text{FC}(\mathrm{O}) = 6 - 4 - \frac{4}{2} = 6 - 4 - 2 = 0.
Conclusão para etanol: todos os átomos têm carga formal 0.

Passo 5

Isômero 2: dimetil éter (éter), esqueleto \mathrm{H}_3\mathrm{C}-\mathrm{O}-\mathrm{CH}_3.
Desenho e contagem de elétrons:
  • Esqueleto de ligações: novamente há 6 ligações H–C (uma para cada H), e 2 ligações C–O (uma para cada ligação entre cada metil e o oxigênio). Total de ligações simples = 6 + 2 = 8.
  • Elétrons em ligações: 8 \times 2 = 16.
  • Elétrons restantes: 20 - 16 = 4, colocados como dois pares isolados no oxigênio.
Estrutura de Lewis (descritiva):
\mathrm{H}_3\mathrm{C}-\mathrm{O}:\!:\!-\mathrm{CH}_3
(oxigênio com duas ligações simples e dois pares isolados)
Cálculo das cargas formais:
  • Hidrogênios: mesma conta de antes, \text{FC}(\mathrm{H}) = 1 - 0 - \frac{2}{2} = 0.
  • Cada carbono metílico (cada \mathrm{CH}_3): V=4, N=0, faz 4 ligações simples (3 H + 1 O) \Rightarrow B=8,
\text{FC}(\mathrm{C}) = 4 - 0 - \frac{8}{2} = 0.
  • Oxigênio no éter: V=6, pares isolados N=4, duas ligações (cada C–O) B=4,
\text{FC}(\mathrm{O}) = 6 - 4 - \frac{4}{2} = 0.
Conclusão para dimetil éter: também todos os átomos têm carga formal 0.

Passo 6

Resumo conceitual e dica para prova (rápida e amigável):
  • A regra prática: conte elétrons, coloque ligações, coloque lone pairs no oxigênio e verifique o octeto. Use sempre a fórmula \text{FC}=V-N-B/2 para cada átomo.
  • Para \mathrm{C}_{2}\mathrm{H}_{6}\mathrm{O} as duas estruturas mais estáveis (etanal não é possível com mesma fórmula; as plausíveis são etanol e dimetil éter) resultam em cargas formais nulas para todos os átomos — isso é comum em estruturas neutras simples onde todos têm octeto satisfeito e não há átomos com valência atípica.
  • Quando tiver dúvida na prova, rotule cada átomo (C1, C2, O, H1, …) e aplique a fórmula de FC para cada um — é um procedimento mecânico que evita erros.

Resposta

Ethanol ( \mathrm{CH}_3\mathrm{CH}_2\mathrm{OH}): \mathrm{C}_1=0,\; \mathrm{C}_2=0,\; \mathrm{O}=0,\; \text{todos os } \mathrm{H}=0.
Dimetil éter ( \mathrm{CH}_3\mathrm{OCH}_3): \mathrm{C}_1=0,\; \mathrm{C}_2=0,\; \mathrm{O}=0,\; \text{todos os } \mathrm{H}=0.

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