Desenhe as estruturas de Lewis para os seguintes compostos e calcule as cargas formais para todos os átomos:
(o H está ligado ao O )
Passo 1
O enunciado pede duas coisas: desenhar as estruturas de Lewis para
(com os H ligados aos O) e calcular as cargas formais de todos os átomos. As informações relevantes que temos:
- Fórmula molecular:
. - Os dois átomos de hidrogênio estão ligados a átomos de oxigênio (ou seja, existem dois grupos
). - Precisamos mostrar a estrutura de Lewis (ligações e pares de elétrons) e as cargas formais em cada átomo.
Passo 2
Contagem de elétrons de valência (passo obrigatório antes de desenhar a estrutura):
- Hidrogênio: cada
tem elétron de valência. Para dois : elétrons. - Enxofre:
tem elétrons de valência. - Oxigênio: cada
tem elétrons de valência. Para quatro : elétrons.
Total de elétrons de valência disponíveis:
Vou usar esses
elétrons para fazer ligações e preencher pares isolados.
Passo 3
Escolha do esqueleto (como ligar os átomos): como foi dito que os hidrogênios estão ligados aos oxigênios, o esqueleto lógico é o enxofre central ligado aos quatro oxigênios, e dois desses oxigênios carregam cada um um
:
mais claro: o enxofre central ligado aos quatro oxigênios, e dois desses oxigênios têm um
ligado (grupos
). Em desenho linear:
Mas a forma correta (com quatro oxigênios ao redor de S) é melhor representada como:
(praticamente: S central ligado a quatro O; dois desses O carregam H). Vou agora contabilizar elétrons usados pelas ligações simples iniciais:
- Ligações simples:
ligado a 4 → ligações simples = elétrons. - Cada
tem uma ligação : 2 ligações = elétrons.
Total já usado em ligações simples:elétrons.
Elétrons restantes para pares isolados:elétrons (ou pares).
Passo 4
Distribuição inicial dos pares isolados para completar octetos dos átomos mais eletronegativos (oxigênios):
- Cada oxigênio precisa de 8 elétrons ao redor (contando ligações). Já cada oxigênio tem pelo menos 1 ligação com S; dois deles têm também ligação com H.
Colocando pares isolados nos 4 oxigênios para completar octetos: - Para um oxigênio que está ligado apenas a S (caso inicial), precisa de 3 pares isolados + 1 ligação =
elétrons ao redor → seria um oxigênio com 3 pares (isso deixaria carga negativa se permanecesse single-bond). - Para um oxigênio ligado a S e a H (grupo
), precisa de 2 pares isolados + 2 ligações = .
Se eu colocar pares para completar octetos com todas ligações simples, contabilizo: - Dois
: cada um recebe pares isolados elétrons. - Dois
restantes (ligados só a S): cada um receberia pares isolados elétrons.
Total necessário para octetos com ligações simples:elétrons — exatamente os elétrons que sobraram. Então a configuração com todas ligações simples e pares colocados seria possível com os elétrons disponíveis. Mas precisamos verificar formalmente as cargas formais e o princípio de minimização de cargas formais e estabilidade.
Passo 5
Cálculo de cargas formais da configuração com somente ligações simples (para ver se precisa formar múltiplas ligações).
Fórmula usada para carga formal:
Fórmula usada para carga formal:
onde
é elétrons de valência do átomo livre,
é o número de elétrons em pares isolados no átomo, e
é o número total de elétrons em ligações ao átomo (não dividido).
Vamos calcular para a configuração com todas ligações simples:
- Hidrogênios (
): cada tem , , (uma ligação). Logo
- Oxigênios das
(cada um ligado a S e a H): , pares não compartilhados elétrons, elétrons compartilhados (duas ligações). Então
- Oxigênios ligados só a S (cada um com 3 pares isolados e 1 ligação com S):
, pares não compartilhados , elétrons compartilhados . Então
Assim, cada um desses dois oxigênios teria carga formal
.
- Enxofre (
) na configuração com quatro ligações simples: , pares não compartilhados , elétrons compartilhados (4 ligações simples). Então
Soma das cargas formais na configuração com todas ligações simples:
ou seja a molécula neutra, mas com distribuições de carga relativamente altas em S e em dois O (cargas +2 e
). Essa é uma estrutura possível, porém tem cargas formais grandes localizadas; geralmente preferimos estruturas que minimizem cargas formais e coloquem cargas negativas nos átomos mais eletronegativos.
Passo 6
Melhorando a estrutura: formação de ligações duplas S=O para reduzir cargas formais.
- O enxofre pode expandir seu octeto (porque está no 3.º período), então é permitido formar ligações duplas adicionais com oxigênios. Se eu transformar as duas oxigênios que tinham carga
(os que eram só ligados por ligação simples a S) em oxigênios duplamente ligados ( ), o enxofre passará a ter duas ligações duplas e duas ligações simples (duas para os ). Vamos recalcular as cargas formais nessa configuração:
Estrutura final proposta (forma comum usada): - Dois oxigênios ligados ao S por ligação dupla (
), cada um com 2 pares isolados. - Dois oxigênios ligados ao S por ligação simples e cada um ligado a um
(grupos ); cada um desses O tem 2 pares isolados. - Enxofre no centro sem pares isolados, com 2 ligações duplas + 2 ligações simples.
Agora as cargas formais: - Hidrogênios: já calculado
. - Oxigênios das
: , pares não compartilhados , elétrons compartilhados → (igual ao cálculo anterior). - Oxigênios com dupla ligação (
): , pares não compartilhados , elétrons compartilhados (dupla ligação = 4 elétrons, contados em ) →
- Enxofre (
) com duas duplas e duas simples: , pares não compartilhados , elétrons compartilhados (duas duplas: elétrons; duas simples: elétrons; total ), então
Portanto, nesta estrutura (com duas ligações duplas S=O e dois
), todas as cargas formais são zero:
,
,
,
. Essa é a estrutura de Lewis preferida porque minimiza as cargas formais e coloca cargas neutras nos átomos.
Observação sobre ressonância: os dois oxigênios duplos são equivalentes; há ressonância que permuta as posições das duplas entre os oxigênios que não têm H, mas a representação com duas ligações duplas e duas
é a forma mais representativa (todas as cargas formais zero).
Passo 7
Resumo didático rápido (como aplicar esse raciocínio numa prova):
- Conte elétrons de valência.
- Escolha esqueleto (S central, O ao redor, H ligados aos O).
- Coloque ligações simples, subtraia elétrons usados.
- Preencha octetos dos átomos mais eletronegativos com pares isolados.
- Calcule cargas formais: se houver cargas altas (por ex. S com
e alguns O com ), veja se permitir expansão do octeto do átomo central (se for elemento do 3.º período ou maior) e crie ligações múltiplas para reduzir as cargas formais. - Verifique a soma das cargas formais = carga total da molécula.
- Quando tudo terminar, escolha a estrutura que minimiza as cargas formais e coloca cargas negativas em átomos mais eletronegativos.
Resposta
Estrutura de Lewis principal (representação linear simplificada):
(mais claramente: S central com quatro O ao redor; dois O estão ligados ao S por dupla ligação
e dois O formam grupos
ligados ao S por ligação simples)
Cargas formais: