Desenhe as estruturas de Lewis para os seguintes compostos e calcule as cargas formais para todos os átomos:
Passo 1
O enunciado pede: desenhar as estruturas de Lewis para
e calcular as cargas formais de todos os átomos. Informações relevantes que vamos usar (valências atômicas típicas):
- Hidrogênio:
elétron de valência por átomo. - Oxigênio:
elétrons de valência por átomo. - Enxofre:
elétrons de valência. - Fórmula molecular:
(dois H, um S, três O).
Passo 2
Contagem do total de elétrons de valência (passo básico e importantíssimo).
- Dois hidrogênios:
elétrons. - Três oxigênios:
elétrons. - Um enxofre:
elétrons.
Somando:
Esse número (
) é o que devemos distribuir entre ligações e pares livres na estrutura de Lewis.
Passo 3
Escolha do esqueleto (como os átomos se conectam).
- Geralmente o átomo menos eletronegativo e que pode fazer várias ligações fica no centro: aqui é o enxofre (
). - Hidrogênios quase sempre ligam-se a oxigênio (ou ao átomo central) formando
ou . Em ácidos oxigenados do tipo o mais razoável é ter dois grupos . - Esqueleto proposto: centro
ligado a três oxigênios; dois desses oxigênios conectados a hidrogênios (formando dois grupos ) e o terceiro oxigênio ligado ao enxofre sem H.
Em notação linear:
com mais um oxigênio ligado ao S que será duplamente ligado (vamos verificar) — ou seja,
ligado a três
, dois deles como
.
Passo 4
Distribuir elétrons para completar octetos (ou pares) começando pelos átomos externos.
- Primeiro, desenhamos as ligações simples inicialmente: cada ligação simples consome
elétrons. - Contamos as ligações básicas: três ligações
(3 2 = 6 elétrons) e duas ligações (2 2 = 4 elétrons). Total usado em ligações iniciais: elétrons.
- Contamos as ligações básicas: três ligações
- Restam
elétrons para distribuir como pares livres. - Preencher pares livres nos oxigênios para completar seus octetos (os oxigênios são átomos externos):
- Um oxigênio que só está ligado ao S (o que provavelmente será
) precisa de 3 pares livres se estiver com ligação simples, mas veremos que a forma mais estável é formar uma ligação dupla. Vamos tentar primeiro completar octetos assumindo ligações simples e depois avaliar necessidade de dupla. - Para os dois oxigênios ligados a H (
): cada um já tem duas ligações (uma com H e uma com S) = 4 elétrons de ligação, precisa de mais 4 elétrons como pares livres (2 pares) para completar octeto. Para os dois juntos: elétrons.
- Um oxigênio que só está ligado ao S (o que provavelmente será
- Se colocarmos 8 elétrons nos dois oxigênios-OH, restam
elétrons para o oxigênio restante e possivelmente para o enxofre. - Se dermos 6 elétrons (3 pares) ao oxigênio restante, ele teria três pares livres + 1 ligação simples com S = 8 elétrons (octeto completo). Isso usaria 6 elétrons, sobrando
elétrons que iriam para o enxofre como par livre.
- Se dermos 6 elétrons (3 pares) ao oxigênio restante, ele teria três pares livres + 1 ligação simples com S = 8 elétrons (octeto completo). Isso usaria 6 elétrons, sobrando
- Resultado da distribuição até aqui:
- Cada
tem 2 pares livres. - O oxigênio sem H tem 3 pares livres.
- Enxofre ficou com 1 par livre (2 elétrons).
- Cada
- Agora conte se todos têm octeto: os oxigênios têm octeto. O enxofre está ligado a três oxigênios: contando pares de ligação ao redor de
: uma ligação dupla contaria como 2 pares, ligações simples 1 par cada. No arranjo atual com todas ligações simples, o enxofre teria 3 pares de ligação + 1 par livre = 4 pares = 8 elétrons (octeto) — mas atenção: com todas ligações simples o oxigênio sem H teria 3 pares livres + 1 ligação simples (4 pares) = 8 elétrons, ok. Porém com todas ligações simples as cargas formais podem não ficar otimizadas. É comum melhorar estabilidade formando uma ligação dupla entre S e um dos O (o que reduz carga formal no S e no O). Vamos calcular formalmente.
Passo 5
Cálculo de cargas formais na estrutura com todas ligações simples (chegamos a uma etapa intermediária; mas a forma estável normalmente tem uma ligação dupla S=O). Lembrete da fórmula da carga formal (a ensinar):
- Para qualquer átomo,
Exemplifico calculando para cada tipo de átomo na estrutura final prevista (onde ajustamos para obter melhor distribuição de cargas, ver passo 6). Mas primeiro vou explicar por que convertemos uma ligação S–O solteira em S=O dupla: isso tende a reduzir cargas formais e é compatível porque enxofre (3º período) pode expandir o octeto.
Passo 6
Ajuste final formando a ligação dupla S=O e completando pares livres — resultado químico e físico mais plausível:
- Transformamos o oxigênio que estava com três pares livres em oxigênio com ligação dupla com S. Isso significa: uma das pares de não-ligantes do oxigênio e o par de ligação S–O se reorganizam em uma ligação dupla S=O.
- Recontando elétrons: com essa mudança não alteramos o número total de elétrons, apenas a sua distribuição. Agora a estrutura tem:
- Um oxigênio duplamente ligado a S (
) com dois pares livres (4 elétrons). - Dois oxigênios ligados a S e a H (
), cada um com dois pares livres (4 elétrons cada). - Enxofre com um par livre (2 elétrons) e ao redor 4 pares de ligação (a ligação dupla conta como 2 pares, cada ligação simples conta como 1 par) totalizando 5 pares = 10 elétrons ao redor do S (expansão do octeto para S).
- Um oxigênio duplamente ligado a S (
- Essa estrutura é exatamente a estrutura que normalmente se atribui a
: ligado a dois grupos (ligações simples) e a um oxigênio duplamente ligado.
Passo 7
Agora calculamos formalmente as cargas formais de todos os átomos na estrutura final (com uma S=O e dois S–O–H). Vamos aplicar a fórmula para cada tipo de átomo.
- Hidrogênio (cada
ligado a um ): - Valência (H) =
. - Elétrons não-ligantes em H =
. - Elétrons em ligações envolvendo H =
(uma ligação O–H). - Portanto:
- Valência (H) =
- Oxigênio em grupo
(cada um dos dois): - Valência (O) =
. - Elétrons não-ligantes =
(dois pares livres). - Elétrons em ligações =
(uma ligação O–H e uma ligação O–S; total dois pares elétrons). - Portanto:
- Valência (O) =
- Oxigênio duplamente ligado (
): - Valência (O) =
. - Elétrons não-ligantes =
(dois pares). - Elétrons em ligações =
(duas ligações na dupla S=O). - Portanto:
- Valência (O) =
- Enxofre (
, central): - Valência (S) =
. - Elétrons não-ligantes =
(um par livre). - Elétrons em ligações = conta-se todas as ligações ao redor: dupla S=O (4 elétrons) + duas S–O simples (2 elétrons cada, total 4) = 8 elétrons de ligação.
- Portanto:
- Valência (S) =
Resultado: todas as cargas formais são zero nessa estrutura.
Passo 8
Interpretação final e nota sobre octeto/expansão:
- Na estrutura final o enxofre possui 10 elétrons ao redor (expansão do octeto), o que é permitido para átomos do terceiro período em diante porque há orbitais d disponíveis (explicação qualitativa). Essa configuração dá cargas formais zero para todos os átomos, o que é energeticamente favorável.
- Não há necessidade de ressonância entre os oxigênios porque dois oxigênios estão protonados (têm H) e o terceiro é o que forma a dupla ligação. A estrutura mais representativa é, portanto, uma única estrutura com
e dois .
Resposta
Lewis: estrutura com
central, uma ligação dupla
a um oxigênio e duas ligações simples
aos dois oxigênios que carregam cada um um
(
). O
tem um par livre.
Cargas formais:
:
(cada H)
(cada
):
(cada um dos dois)
(o
, duplamente ligado):
: