2.1 Desenhe as estruturas de Lewis para:
\mathrm{HSO}_{3}^{-}

Passo 1

O enunciado pede para desenhar as estruturas de Lewis para \mathrm{HSO_{3}^{-}}.
Informações relevantes que temos (diretamente da fórmula):
  • 1 átomo de \mathrm{H}, 1 átomo de \mathrm{S} e 3 átomos de \mathrm{O}.
  • A carga total da espécie é -1.
    A partir disso vamos construir a estrutura passo a passo.

Passo 2

Contagem dos elétrons de valência (explicando bem por que fazemos isso). A regra: somamos os elétrons de valência de cada átomo e ajustamos pela carga total.
  • \mathrm{H} tem 1 elétron de valência.
  • \mathrm{S} tem 6 elétrons de valência.
  • Cada \mathrm{O} tem 6 elétrons de valência, então três \mathrm{O} dão 3\times6=18.
  • A carga -1 significa que há 1 elétron extra.
    Total de elétrons de valência disponíveis:
1 + 6 + 18 + 1 = 26 \text{ elétrons}é
Isso é o que vamos distribuir entre ligações e pares isolados ao montar a estrutura de Lewis.

Passo 3

Escolha da conectividade (esqueleto). Regras simples:
  • O menos eletronegativo costuma ficar no centro (aqui \mathrm{S} fica central).
  • O hidrogênio só faz uma ligação, portanto o \mathrm{H} estará ligado a um oxigênio (formando um grupo \mathrm{O-H}), não diretamente ao enxofre.
    Logo a conectividade será: \mathrm{H - O - S - O} e ainda mais um \mathrm{O} ligado ao \mathrm{S} (total 3 oxigênios ligados a S, um deles carregando H).

Passo 4

Colocando as ligações iniciais e distribuindo elétrons:
  • Primeiro colocamos as ligações simples: três ligações \mathrm{S-O} e uma ligação \mathrm{O-H}. Cada ligação simples usa 2 elétrons.
    Número de elétrons usados em ligações: 4 ligações \times 2 = 8 elétrons.
  • Elétrons restantes: 26 - 8 = 18 elétrons para pares isolados.
  • Agora completamos o octeto dos oxigênios primeiro (regra prática: completar átomos mais eletronegativos):
    • O oxigênio ligado ao H já tem duas ligações (uma com S e uma com H) = 4 elétrons na região de ligação; para completar o octeto precisa de mais 4 elétrons = 2 pares isolados.
    • Se colocarmos pares isolados suficientes para deixar os outros dois oxigênios (os que não têm H) também com octeto, cada um precisa de 6 elétrons em pares isolados (porque cada tem só a ligação S–O no esqueleto inicial): isso dá 6+6=12 elétrons.
  • Soma de pares isolados nos três oxigênios: 4 + 12 = 16 elétrons usados. Ainda restam 18 - 16 = 2 elétrons, que colocamos inicialmente como um par isolado no enxofre \mathrm{S}.
  • Contagem final de elétrons: 8 (ligações) + 16 (pares isolados em O) + 2 (par isolado em S) = 26. Tudo contabilizado.

Passo 5

Cálculo de cargas formais para avaliar se a estrutura é razoável. Fórmula (explicada):
A carga formal de um átomo = (número de elétrons de valência do átomo isolado) - (número de elétrons não ligantes atribuídos a esse átomo) - (metade dos elétrons de ligação do átomo).
Vamos aplicar à estrutura inicial (três ligações simples S–O, par em S etc.):
  • Oxigênio ligado ao H (chamemos de \mathrm{O_{H}}):
    • elétrons não ligantes = 4 (dois pares),
    • elétrons de ligação ao seu redor = duas ligações (S–O e O–H) = 4 elétrons, metade = 2.
    • carga formal: 6 - 4 - 2 = 0.
  • Cada oxigênio que está apenas ligado por uma única ligação ao S (chamemos \mathrm{O_{1}} e \mathrm{O_{2}}):
    • elétrons não ligantes = 6 (três pares),
    • metade dos elétrons de ligação = 1 (pois só uma ligação),
    • carga formal: 6 - 6 - 1 = -1 para cada um desses dois oxigênios.
  • Enxofre \mathrm{S} (com um par isolado e três ligações simples):
    • elétrons não ligantes = 2 (um par),
    • metade dos elétrons de ligação = 3 (três ligações \Rightarrow 6 elétrons, metade = 3),
    • carga formal: 6 - 2 - 3 = +1.
  • Hidrogênio: carga formal 0.
Somando as cargas formais: 0 + (-1) + (-1) + (+1) + 0 = -1, que é a carga total correta. Porém, temos dois oxigênios com carga -1 e \mathrm{S} com +1 — podemos melhorar a distribuição de cargas através de ressonância (mover pares para formar ligações duplas), reduzindo energia da estrutura.

Passo 6

Construindo as estruturas de ressonância (a parte didática sobre por que se faz isso). Observação: oxigênios são mais eletronegativos que enxofre, mas o enxofre no terceiro período pode expandir o octeto aceitando mais ligações. Podemos reduzir cargas formais desfavoráveis movendo um par isolado de um oxigênio negativo para formar uma ligação dupla \mathrm{S=O}. Isso dá estruturas onde apenas um oxigênio fica com carga -1 (melhor distribuição). Procedimento e resultado:
  • Tome a estrutura inicial e converta um dos oxigênios com carga -1 em uma ligação dupla com \mathrm{S} movendo um par isolado desse oxigênio para formar a segunda ligação S=O. Fazendo isso:
    • O oxigênio que formou a dupla passa a ter carga formal 0.
    • O enxofre passa a ter um par isolado ainda e agora está ligado a um \mathrm{O} por dupla, a um \mathrm{O} por simples (que fica com carga -1) e a \mathrm{O_H} por simples. O cálculo mostra que a carga formal do enxofre fica 0 nessa estrutura.
  • Há simetria entre os dois oxigênios que podem fornecer essa dupla: portanto existem duas estruturas-resonância principais, que se interconvertem trocando qual dos dois oxigênios não protonados carrega o -1.
As duas estruturas principais, escritas em notação de ligação (mostrando qual O tem a carga negativa), são:
\mathrm{H-O_{a}-S(=O_{b})-O_{c}^{-}}
e
\mathrm{H-O_{a}-S(=O_{c})-O_{b}^{-}}
Nessas duas formas:
  • \mathrm{O_{a}} é o oxigênio ligado a \mathrm{H} (grupo OH) — carga formal 0.
  • Uma das \mathrm{O_{b}} ou \mathrm{O_{c}} está dupla ligada a \mathrm{S} (carga 0); a outra é simples ligada e carrega a carga formal -1.
  • O enxofre tem nesta estrutura um par isolado e formalmente carga 0.

Passo 7

Interpretação final e desenho híbrido (como usar isso na prova):
  • A verdadeira distribuição eletrônica é um híbrido de ressonância das duas estruturas acima: a carga negativa está deslocalizada (ressonância) sobre os dois oxigênios que não estão protonados.
  • Consequência prática: os comprimentos das ligações \mathrm{S-O} entre o enxofre e os dois oxigênios não protonados serão intermediários entre ligações simples e duplas (ordem de ligação média \approx 1{,}5 entre esses dois O e S).
  • Ao desenhar em prova, é suficiente apresentar as duas (ou três, se quiser incluir a forma com S positivo como menor contribuinte) estruturas-resonância e comentar que o híbrido tem delocalização da carga.

Resposta

\mathrm{H-O_{a}-S(=O_{b})-O_{c}^{-}}
\mathrm{H-O_{a}-S(=O_{c})-O_{b}^{-}}

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