Calcule a carga formal e o número de oxidação (método 1) para os átomos das duas estruturas de Lewis do (a) íon fosfato (PO4 ^3-) e (b) ozônio (O3).

Passo 1

O enunciado pede para calcular a carga formal e o número de oxidação (método 1) dos átomos nas estruturas de Lewis de
(a) íon fosfato PO4^3-
(b) ozônio O3
Conteúdo: definição de carga formal e de número de oxidação; interpretação de estruturas de Lewis e de ressonância.

Passo 2

Desenhamos a estrutura de Lewis de PO4^3-. Temos 5 elétrons de valência em P, 6 em cada O e mais 3 elétrons extras pela carga total de -3, totalizando
5 + 4times6 + 3 = 32 elétrons é
A forma de menor energia envolve uma ressonância com um duplo-ligação P=O e três ligações simples P–O ^-. Num dos representantes da ressonância, P está ligado a quatro oxigênios, um deles por dupla ligação e três por simples ligação.

Passo 3

Aplicamos a definição de carga formal:
FC = V - l(L + tfrac12 Br),
onde V é elétrons de valência livres do átomo isolado, L é elétrons não-ligantes no átomo ligado e B é total de elétrons de ligação no átomo.
Para o fósforo no esquema com uma dupla e três simples:
V(P)=5, L(P)=0, B(P)=8
FC(P)=5 - l(0 + tfrac12cdot8r)=5 - 4 = +1
Para o oxigênio duplamente ligado:
V(O)=6, L(O)=4, B(O)=4
FC(Orm dupla)=6 - l(4 + tfrac12cdot4r)=6 - 6 = 0
Para cada oxigênio ligado por ligação simples (três cópias):
V(O)=6, L(O)=6, B(O)=2
FC(Orm simp<=s)=6 - l(6 + tfrac12cdot2r)=6 - 7 = -1

Passo 4

Agora o número de oxidação (método 1): atribuímos cada elétron de ligação ao átomo mais eletronegativo (oxigênio) e todos os elétrons de pareamento não-ligante a quem estiverem.
Para P, todos os 8 elétrons das quatro ligações vão para O, logo P fica com zero elétrons atribuídos. Como P isolado tem 5 elétrons de valência, seu NOX é
NOX(P)=0 - 5 = +5
Para qualquer oxigênio (seja duplo ou simples), atribuímos-lhe todos os elétrons de suas ligações e de seus pares livres; cada O termina com 8 elétrons atribuídos e, isolado, teria 6, logo
NOX(O)=8 - 6 = -2
Assim, em todas as ressonâncias:
P tem NOX +5, cada O tem NOX -2.

Passo 5

Desenhamos a estrutura de Lewis do ozônio O3. Total de elétrons de valência:
3times6 = 18
A melhor descrição é por duas estruturas de ressonância com uma ligação dupla O=O e uma simples O–O. Num representante, chamemos de Oa=ObOc.

Passo 6

Cálculo das cargas formais usando
FC=V-(L+tfrac12B).
Para o oxigênio central Ob:
V(Ob)=6, L(Ob)=2, B(Ob)=6(4 na dupla + 2 na simp<=s)
FC(Ob)=6 - l(2 + tfrac12cdot6r)=6 - 5 = +1
Para o oxigênio terminal duplamente ligado Oa:
V(Oa)=6, L(Oa)=4, B(Oa)=4
FC(Oa)=6 - l(4 + tfrac12cdot4r)=6 - 6 = 0
Para o oxigênio terminal simplesmente ligado Oc:
V(Oc)=6, L(Oc)=6, B(Oc)=2
FC(Oc)=6 - l(6 + tfrac12cdot2r)=6 - 7 = -1
Em cada ressonância, a posição -1 e 0 alternam entre os dois oxigênios terminais.

Passo 7

Cálculo do número de oxidação em O3 (todas as ligações são entre átomos iguais, então cada ligação fornece 1 elétron a cada átomo):
Num átomo de O com ligação dupla e simples (o central), ele “recebe”
2 el da dupla + 1 el da simp<=s + 2 el não-ligantes = 5 el atribuídos ãí
Como seria 6 isolado,
NOX(Ob)=5 - 6 = -1
Mas atenção: no método 1, para átomos iguais dividimos as ligações igualmente, então de fato cada ligação dupla dá 2 elétrons para cada átomo e a simples dá 1 para cada átomo. Logo o central só “retém” 5 e fica com NOX +1 (porque perdeu 1 em relação a 6):
NOX(Ob)=6 - 5 = +1
Para o oxigênio termal duplamente ligado Oa:
4 el não-ligantes + 2 el da dupla = 6LongrightarrowNOX(Oa)=6 - 6 = 0 ã
Para o terminal simplesmente ligado Oc:
6 el não-ligantes + 1 el da simp<=s = 7LongrightarrowNOX(Oc)=6 - 7 = -1 ã

Resposta

(a) PO4^3-
– Cargas formais em cada ressonância: FC(P)=+1, três FC(O)=-1, um FC(O)=0.
– Números de oxidação: NOX(P)=+5, NOX(O)=-2.
(b) O3
– Em cada estrutura de ressonância: FC(Orm central)=+1, FC(Orm dupla)=0, FC(Orm simp<=s)=-1.
– Números de oxidação: NOX(Orm central)=+1, NOX(Orm dupla)=0, NOX(Orm simp<=s)=-1.

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