O carbonato de cálcio, in natura, é o principal constituinte da rocha calcária. A substância citada acima é muito utilizada na pavimentação de passeios públicos e na obtenção de cal viva (CaO), que é aplicada em pinturas (caiação). A fórmula estrutural do carbonato de cálcio
apresenta no seu ânion
a) duas ligações duplas e uma simples.
b) duas ligações simples e uma dupla.
c) duas ligações simples e uma tripla.
d) uma ligação simples e uma dupla.
a) duas ligações duplas e uma simples.
b) duas ligações simples e uma dupla.
c) duas ligações simples e uma tripla.
d) uma ligação simples e uma dupla.
Passo 1
O enunciado pergunta qual é a disposição das ligações no ânion carbonato
. Ele apresenta as alternativas:
a) duas ligações duplas e uma simples.
b) duas ligações simples e uma dupla.
c) duas ligações simples e uma tripla.
d) uma ligação simples e uma dupla.
a) duas ligações duplas e uma simples.
b) duas ligações simples e uma dupla.
c) duas ligações simples e uma tripla.
d) uma ligação simples e uma dupla.
Informações relevantes fornecidas pelo enunciado:
- O íon é
. - Há um átomo de carbono ligado a três átomos de oxigênio.
- A carga total do íon é
.
Passo 2
Vamos contar os elétrons de valência para montar a estrutura de Lewis do íon.
- Carbono tem
elétrons de valência. - Cada oxigênio tem
elétrons de valência, e há oxigênios: . - A carga
significa que há elétrons extras no total.
Somando:
Logo, o íon
tem
elétrons de valência para distribuir.
Passo 3
Montagem da estrutura inicial (esqueleto) e tentativa de completar octetos:
- Coloca-se o carbono no centro ligado aos três oxigênios por ligações simples. Essas três ligações usam
elétrons. - Restam
elétrons para colocar como pares isolados. O jeito mais natural é completar os octetos dos oxigênios: cada oxigênio ligado por uma única ligação precisa de elétrons como pares isolados (três pares), então elétrons são usados — exatamente os que restavam. - Após isso, cada oxigênio tem octeto completo, mas o carbono fica com apenas
elétrons (três ligações simples) — falta completar o octeto do carbono.
Portanto a estrutura com três ligações simples não satisfaz o octeto do carbono. Precisamos redistribuir elétrons formando ligações múltiplas.
Passo 4
Formação de uma dupla ligação e cálculo de cargas formais:
- Pega-se um par isolado de um oxigênio e transforma-se em ligação entre C e esse O, formando uma ligação dupla C=O. Agora o carbono tem
ligações (octeto completo) e um dos oxigênios ficou com dupla ligação; os outros dois permanecem com ligações simples e três pares isolados cada.
Calculemos as cargas formais para essa estrutura (fórmula usada:
, onde
é elétrons de valência do átomo neutro,
é número de elétrons não-ligantes ao redor do átomo e
é o número de ligações que o átomo participa):
- Para o oxigênio com dupla ligação:
, (dois pares isolados), . Logo . - Para cada oxigênio com ligação simples:
, (três pares isolados), . Logo . - Para o carbono:
, , . Logo .
As cargas formais somam
, compatível com a carga do íon. Portanto uma estrutura com uma dupla ligação e duas simples é válida e minimiza cargas formais razoavelmente.
Passo 5
Resonância e equivalência das ligações:
- A dupla ligação poderia estar com qualquer um dos três oxigênios; assim existem três estruturas-resonância equivalentes, cada uma com uma dupla e duas simples, mas com a dupla em oxigênios diferentes.
- Na realidade (no híbrido de ressonância) as três ligações C–O são equivalentes e o caráter da ligação é delocalizado. O comprimento e a ordem de ligação são intermediários entre simples e dupla. A ordem de ligação média é
Isto significa que não existem duas duplas fixas e uma simples fixa; cada estrutura-resonância tem uma dupla e duas simples, e o ion real tem três ligações equivalentes com ordem
.
Passo 6
Comparação com as alternativas e conclusão:
- Alternativa (b) afirma “duas ligações simples e uma dupla” — isso descreve corretamente cada estrutura-resonância individual (e é a maneira usual de desenhar a estrutura de Lewis antes de discutir ressonância).
- Alternativa (a) “duas duplas e uma simples” é falsa (não existe configuração com duas duplas e uma simples que minimize corretamente as cargas formais).
- Alternativa (c) “duas simples e uma tripla” é quimicamente improvável e não atende ao octeto do carbono sem criar cargas enormes.
- Alternativa (d) “uma ligação simples e uma dupla” está incompleta/errada porque o ânion tem três ligações C–O, não apenas duas.
Portanto a alternativa correta é a (b): a estrutura de Lewis típica para
é representada por uma dupla e duas simples (com ressonância entre as três posições).
Resposta
b) duas ligações simples e uma dupla.