1. Calcule a carga formal do átomo central em CO2.

Passo 1

O enunciado pede: calcular a carga formal do átomo central em \mathrm{CO_2}.
Informações relevantes fornecidas ou implicadas no enunciado:
  • A molécula é \mathrm{CO_2}.
  • O átomo central da molécula é o carbono (C).
  • Não há imagens adicionais.

Passo 2

O que é “carga formal” e como calculá-la (aula rápida, passo a passo).
  • Definição: a carga formal é um modo de atribuir uma “conta” de elétrons a cada átomo numa estrutura de Lewis, como se os elétrons de ligação fossem divididos igualmente entre os átomos ligados. Não é a carga real, mas ajuda a comparar estruturas e ver qual é mais estável.
  • Fórmula usada: \text{FC} = V - \bigl(N_{\text{lone}} + \tfrac{1}{2}N_{\text{bond}}\bigr)
onde:
  • V é o número de elétrons de valência do átomo isolado (ex.: C tem 4, O tem 6);
  • N_{\text{lone}} é o número de elétrons não ligantes (lone pairs) atribuídos ao átomo na estrutura de Lewis;
  • N_{\text{bond}} é o número total de elétrons que participam de ligações envolvendo o átomo (cada par de elétrons numa ligação conta como 2 elétrons).
  • Por que aparece \tfrac{1}{2}N_{\text{bond}}? Porque na contagem da carga formal cada elétron de ligação é dividido igualmente entre os dois átomos ligados; assim o átomo “recebe” metade dos elétrons de ligação.

Passo 3

Contagem de elétrons de valência para a molécula \mathrm{CO_2}.
  • Carbono: V_C = 4 elétrons de valência.
  • Oxigênio: cada O tem V_O = 6 elétrons de valência.
  • Total de elétrons de valência da molécula: 4 + 2\cdot 6 = 4 + 12 = 16.

Passo 4

Construção da estrutura de Lewis (passos essenciais, bem explicados).
  • Coloca-se o átomo menos eletronegativo no centro: aqui o átomo central é o carbono.
  • Se ligarmos os dois oxigênios ao carbono com ligações simples, usamos 2 ligações \Rightarrow 2\times 2 = 4 elétrons de ligação. Restam 16-4=12 elétrons para distribuir como pares isolados.
  • Distribuindo os 12 elétrons preferencialmente em oxigênios para completar seus octetos, cada oxigênio receberia 6 elétrons (três pares isolados), ficando com octeto completo, e o carbono teria apenas os 2 pares de ligação (4 elétrons) — isto deixa o carbono com octeto incompleto.
  • Para dar ao carbono o octeto, converte-se pares isolados de oxigênio em ligações adicionais, formando duplas ligações. O arranjo que satisfaz todos os octetos e usa todos os elétrons é \mathrm{O=C=O}: duas ligações duplas C=O.
  • Na estrutura \mathrm{O=C=O}:
    • Cada ligação C=O (dupla) tem 4 elétrons; o carbono participa de duas duplas, então participa de N_{\text{bond}}=8 elétrons.
    • O carbono não tem pares isolados (lone pairs), então N_{\text{lone}}=0.
    • Cada oxigênio, na estrutura final, tem dois pares isolados (4 elétrons) além da dupla ligação com C.

Passo 5

Cálculo direto da carga formal do átomo central (carbono) usando a fórmula.
  • Valores para o carbono na estrutura \mathrm{O=C=O}:
    • V = 4.
    • N_{\text{lone}} = 0.
    • N_{\text{bond}} = 8 (dois pares de ligações duplas, totalizando 8 elétrons compartilhados).
  • Aplicando a fórmula: \text{FC}_C = 4 - \bigl(0 + \tfrac{1}{2}\cdot 8\bigr) = 4 - 4 = 0.

Passo 6

Breve comentário para fixar (comparação com outra hipótese).
  • Se a estrutura fosse com duas ligações simples ( \mathrm{O-C-O} com oxigênios carregados), o carbono teria N_{\text{bond}}=4 e \text{FC}_C = 4 - \tfrac{1}{2}\cdot 4 = +2, o que é menos favorável do ponto de vista de distribuição de cargas (e além disso não satisfaz o octeto do carbono). Por isso a estrutura com duplas ligações e \text{FC}_C=0 é a correta/mais estável.
  • Resultado prático: na estrutura mais estável de \mathrm{CO_2} o carbono apresenta carga formal nula.

Resposta

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