Demonstre em todos os casos as estruturas utilizando a representação de Lewis.
Demonstre as possíveis fórmulas da ligação entre:
Ca e O

Passo 1

O que o enunciado pede: demonstrar, usando estruturas de Lewis, todas as possibilidades de ligação entre o átomo de Ca e o átomo de O e apresentar as possíveis fórmulas resultantes.
Informações relevantes que vamos usar (dados atômicos e objetivos que o enunciado implica):
  • O átomo de Ca tem 2 elétrons de valência (configuração externa 4s^2).
  • O átomo de O tem 6 elétrons de valência.
  • Em desenho de Lewis representamos pares de elétrons por dois-pontos : ou por pares de pontos e a ligação por um traço -.
  • Precisamos mostrar as estruturas de Lewis dos íons ou grupos que aparecem (por exemplo O^{2-}, O_2^{2-}, etc.) e explicar as transferências ou compartilhamentos de elétrons e as cargas formais resultantes.

Passo 2

Conceito-prático necessário (mastigado): como contar elétrons de valência e como aplicar a regra do octeto.
  • Cada átomo busca completar um “octeto” (8 elétrons) ao redor, quando possível.
  • Contagem de elétrons: para um átomo isolado, o número de elétrons de valência é o que usamos para desenhar os pontos de Lewis. Então Ca tem 2 e O tem 6.
  • Quando um átomo doa elétrons, vira um cátion com carga positiva; quando recebe elétrons, vira um ânion com carga negativa. A carga formal ajuda a verificar se a estrutura faz sentido. A fórmula para carga formal é
\text{carga formal} = V - (N_{\text{não-lig}} + \tfrac{1}{2}N_{\text{lig}})ã
onde V é elétrons de valência do átomo isolado, N_{\text{não-lig}}ã é o número de elétrons não-ligantes (pares solitários) e N_{\text{lig}} é o número de elétrons envolvidos em ligações (todos os elétrons das ligações).

Passo 3

Caso 1 — óxido simples (transferência completa: formação de CaO).
  • Partimos de Ca com 2 elétrons e O com 6 elétrons. Para completar o octeto do oxigênio ele precisa de 2 elétrons extras; o cálcio pode doar seus 2 elétrons. Então ocorre doação total de dois elétrons do Ca para um átomo O.
  • Representação esquemática inicial (elétrons indicados por pares :):
\mathrm{Ca}\;(:\!:\\ )\qquad\text{e}\qquad \;:\!\mathrm{O}\!:\; \;(\text{três pares} \,=\,6\\ \text{elétrons})êé
(isto é: Ca com 2 elétrons; O com 6 elétrons).
  • Após a transferência de 2 elétrons:
[\mathrm{Ca}]^{2+}\qquad\text{e}\qquad [\\ :\mathrm{O}:\\ ]^{2-}
No cátions [\mathrm{Ca}]^{2+} não há elétrons de valência (os dois foram doados). No ânion [\\ :\mathrm{O}:\\ ]^{2-} o oxigênio tem 8 elétrons (quatro pares), ou seja octeto completo.
  • Cálculo de carga formal para o oxigênio no óxido: V=6, N_{\text{não-lig}}=8ã (oito elétrons não-ligantes), N_{\text{lig}}=0. Então
\text{carga formal}_O = 6 - (8 + \tfrac{1}{2}\cdot 0) = -2,
o que coincide com o íon \mathrm{O}^{2-}. Para o cálcio, V=2 e, como perdeu os 2 elétrons, fica com carga +2.
  • Conclusão deste caso: a ligação é essencialmente iônica e a fórmula é \mathrm{CaO} (um Ca^{2+} combinado com um O^{2-}). A estrutura de Lewis final pode ser escrita de forma compacta como
[\mathrm{Ca}]^{2+}\quad [\\ :\mathrm{O}:\\ ]^{2-}.

Passo 4

Caso 2 — peróxido (formação de \mathrm{CaO_2}, íon O_2^{2-}).
  • Existe outra possibilidade: os dois átomos de oxigênio podem se ligar entre si formando um íon peróxido O_2^{2-}. Esse íon tem uma ligação simples O\!-\!O e a carga total 2- distribuída no par O_2. O cálcio Ca^{2+} contrabalança essa carga, formando o composto \mathrm{CaO_2} (peróxido de cálcio).
  • Construção do íon O_2^{2-} em Lewis: comece com 12 elétrons dos dois oxigênios mais 2 elétrons extras da carga total 2-, totalizando 14 elétrons. Coloque uma ligação simples O\!-\!O (2 elétrons) e distribua os outros 12 elétrons como pares solitários, ficando 3 pares solitários em cada oxigênio:
[\\ :\mathrm{O}\!-\!\mathrm{O}:\\ ]^{2-}
onde cada oxigênio tem três pares não-ligantes e um par ligante (a ligação simples). Cada átomo O vê 8 elétrons (octeto).
  • Cálculo de carga formal para cada oxigênio no peróxido: para um átomo O em O_2^{2-}, V=6, N_{\text{não-lig}}=6ã (três pares) e N_{\text{lig}}=2 (um par de ligação). Assim
\text{carga formal}_O = 6 - (6 + \tfrac{1}{2}\cdot 2) = 6 - (6 + 1) = -1.
Logo cada oxigênio carrega -1; somando os dois dá -2, compatível com O_2^{2-}.
  • Ao combinar com Ca^{2+} temos eletroneutralidade: Ca^{2+} + O_2^{2-} \longrightarrow \mathrm{CaO_2}. A estrutura de Lewis completa pode ser escrita como:
[\mathrm{Ca}]^{2+}\quad[\\ :\mathrm{O}\!-\!\mathrm{O}:\\ ]^{2-}.
  • Conclusão deste caso: peróxido de cálcio \mathrm{CaO_2} é uma fórmula possível onde o grupo \mathrm{O_2^{2-}} aparece como unidade.

Passo 5

Caso 3 — superóxido (menos provável com Ca^{2+}, mas possível em teoria) e outras combinações estequiométricas.
  • Existe também o ânion superóxido O_2^{-} (carga total -1 no par O_2), que é um radical e tem distribuição eletrônica diferente; seu Lewis é menos simples (é um caso com elétron ímpar e ressonância). Para neutralizar O_2^{-} com um cátion Ca^{2+} seria necessária 2 unidades de O_2^{-}, levando à fórmula
\mathrm{Ca(O_2)_2}
(no cálculo de cargas: Ca^{2+} + 2\times O_2^{-} \to neutro). Contudo, superóxidos são tipicamente formados com cátions grandes e monovalentes (por ex. K O_2); para Ca^{2+} a forma estável experimentada é preferencialmente o peróxido CaO_2 e o óxido CaO. Assim, embora \mathrm{Ca(O_2)_2} seja uma fórmula possível em termos de balanço de cargas, ela é quimicamente menos comum/estável.
  • Resumindo: superóxido implicaria o íon O_2^{-} (radical) e fórmula estequiométrica \mathrm{Ca(O_2)_2}, mas a ocorrência prática é rara para cálcio.

Passo 6

Comparação prática e escolha das estruturas mais relevantes para prova (regra prática).
  • O caso mais direto e habitual (e certamente esperado em prova) é o óxido iônico \mathrm{CaO} com [Ca]^{2+} e [O]^{2-}. A estrutura de Lewis é simplesmente a representação dos íons com octeto completo no oxigênio.
  • Outro caso importante, também frequentemente pedido, é o peróxido \mathrm{CaO_2} com o íon [O\!-\!O]^{2-} (cada O com três pares solitários e carga formal -1 em cada átomo).
  • O superóxido e outras combinações estequiométricas existem em teoria ( \mathrm{Ca(O_2)_2} por balanço de cargas), mas não são as formas mais comuns para o cálcio — vale mencionar como possibilidade e explicar que é menos estável.

Resposta

\mathrm{CaO}
\mathrm{CaO_2}
\mathrm{Ca(O_2)_2} (possibilidade teórica com superóxidos, mas menos comum na prática)

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