A compreensão da forma e do tamanho das moléculas é de fundamental importância para o entendimento das propriedades físicas e químicas das substâncias. Assim, desenhe a estrutura de Lewis para cada um dos seguintes íons ou moléculas e determine sua geometria molecular.
\mathrm{CO}_{3}{ }^{2-}

Passo 1

O enunciado pede a estrutura de Lewis do ânion \mathrm{CO_3^{2-}} e sua geometria molecular. Para isso vamos precisar contar os elétrons de valência, distribuir ligações e pares isolados para satisfazer a regra do octeto, depois aplicar o conceito de ressonância e, finalmente, usar VSEPR para determinar a forma.

Passo 2

Contagem dos elétrons de valência no ânion:
\begin{aligned} \text{C: }&4\text{ e}^{-},\\\ \text{O (3 átomos): }&3\times6 = 18\text{ e}^{-},\\\ \text{carga }2-:&+2\text{ e}^{-}\text{ adicionais}. \end{aligned}á
Logo, o total é
24 \;=\;4 + 18 + 2
elétrons, ou seja, 12 pares de elétrons para distribuir.

Passo 3

Montamos a estrutura esquelética com o carbono no centro e três oxigênios ao redor, unindo cada \mathrm{O} a \mathrm{C} por uma ligação simples. Cada ligação simples consome um par de elétrons, logo usamos 3 dos 12 pares, sobrando 9 pares.

Passo 4

Distribuímos os 9 pares restantes para completar o octeto de cada oxigênio. Cada átomo de oxigênio, já tendo uma ligação simples (2 elétrons), precisa de mais 6 elétrons (3 pares). Como são 3 oxigênios, usamos 3\times3=9 pares. Agora todas as oxigenações têm octeto cheio, mas o carbono central está com apenas 6 elétrons (3 ligações simples).

Passo 5

Para completar o octeto do carbono, convertemos um par isolado de um dos oxigênios em uma ligação dupla \mathrm{C=O}. Assim o carbono passa a ter 8 elétrons em volta (4 ligações), e o oxigênio que formou dupla também mantém octeto. As cargas formais resultantes nessa estrutura única são:
– cada oxigênio com ligação simples fica com carga -1,
– o oxigênio com dupla ligação fica com carga 0,
– o carbono fica com carga +1.
A carga total continua sendo -2.

Passo 6

Como qualquer um dos três oxigênios pode ser o que forma a ligação dupla, existem três estruturas de ressonância equivalentes em que o duplo vínculo circula entre os três oxigênios. O verdadeiro arranjo eletrônico é um híbrido dessas três, com todas as ligações \mathrm{C–O} tendo comprimento intermediário entre simples e dupla.

Passo 7

Pela teoria VSEPR, o carbono central tem três regiões de alta densidade eletrônica (três ligações \mathrm{C–O}, mesmo que uma seja dupla não conta como região a mais). Três regiões dispostas para minimizar repulsão formam um triângulo plano, com ângulos de aproximadamente 120^\circ.

Resposta

A estrutura de Lewis é o híbrido de ressonância com um \mathrm{C=O} e dois \mathrm{C–O^-} alternando entre os três oxigênios. A geometria molecular é trigonal plana, com ângulos de ligação de cerca de 120^\circ.

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