Desenhe as estruturas de Lewis para os seguintes compostos e calcule as cargas formais para todos os átomos:
Passo 1
O enunciado pede duas coisas para o íon
:
- Desenhar as estruturas de Lewis (i.e., mostrar como os átomos estão ligados e onde estão os pares de elétrons não ligantes).
- Calcular as cargas formais para todos os átomos em cada estrutura.
Informações que o enunciado dá (implícitas):
- Átomos presentes: um átomo de
e dois átomos de . - Carga total do íon:
.
Passo 2
Contagem de elétrons de valência (passo obrigatório antes de desenhar Lewis).
-
tem elétrons de valência. - Cada
tem elétrons de valência, então dois têm . - O íon tem carga
, isto é, há elétron extra.
Somando:
Portanto o total de elétrons de valência a distribuir é
elétrons (ou
pares de elétrons).
Passo 3
Escolha da conectividade (como ligar os átomos). Regra prática: átomo menos eletronegativo entre os ligados costuma ficar no centro; aqui o cloro (
) fica no centro e os dois
ficam ligados a ele:
Agora vamos distribuir os
elétrons de valência em forma de ligações e pares solitários.
Passo 4
Começar colocando ligações simples entre
e cada
. Cada ligação simples consome
elétrons.
- Duas ligações simples usam
elétrons.
Restamelétrons para colocar como pares não ligantes.
Passo 5
Completar os octetos dos oxigênios primeiro (regra usual: completar átomos externos antes do central).
- Cada
precisa de 8 elétrons ao redor. Cada já participa com 1 ligação (2 elétrons), então precisa de mais 6 elétrons (3 pares) para completar o octeto se ficar com ligação simples. - Se dermos 3 pares a cada
, usamos elétrons.
Restamelétrons, que colocamos no átomo central ( ) como pares não ligantes.
Agora a distribuição seria:
- Cada
com ligação simples tem 3 pares (6 e⁻) + 1 ligação (2 e⁻) = octeto completo. -
tem 2 pares não ligantes (4 e⁻) + 2 ligações simples (4 e⁻ compartilhados) → ao redor do há elétrons (expansão do octeto possível para elementos do 3º período).
Essa configuração respeita a contagem de elétrons. Mas precisamos verificar as cargas formais e ver se é possível melhorar (reduzir separação de cargas) formando ligações duplas.
Passo 6
Cálculo de cargas formais na configuração com duas ligações simples (antes de considerar dupla):
A fórmula que usaremos é
A fórmula que usaremos é
onde
-
= elétrons de valência do átomo isolado, -
= elétrons não ligantes (pares solitários) no átomo na estrutura, -
= elétrons envolvidos em ligações ao redor do átomo (todos os elétrons de ligação, contando ambos os elétrons de cada ligação).
Calculemos para cada átomo nesta configuração:
- Para cada
ligado por ligação simples: , (3 pares), (uma ligação simples elétrons).
Cada oxigênio com ligação simples teria carga formal
. Isso daria carga total
somada às duas O, e a soma com Cl deveria ser
(mas vamos checar Cl):
- Para
: , (2 pares), (duas ligações simples elétrons).
Portanto nessa configuração: cada
tem
(dois O →
),
tem
. Soma de cargas =
, que coincide com a carga total do íon. No entanto, separar carga negativa sobre dois átomos de oxigênio e ter
não é ideal eletronegatividade-wise: preferimos que a carga negativa fique em átomos mais eletronegativos (o oxigênio é mais eletronegativo que o cloro, então oxigênios carregando carga negativa é aceitável). Ainda assim, podemos frequentemente melhorar a distribuição reduzindo cargas formais através de ligações duplas.
Passo 7
Examinar possibilidade de formar uma dupla ligação entre
e um
para reduzir a separação de cargas. Se formarmos uma ligação dupla com um dos
, sorteamos um par de elétrons não ligantes desse oxigênio para formar a ligação com o cloro.
Nova configuração proposta: um
com ligação dupla (e, portanto, 2 pares não ligantes), o outro
com ligação simples (3 pares não ligantes).
terá ainda 2 pares não ligantes (como antes)? Vamos checar contagem de elétrons para garantir que permanecem
elétrons no total:
- Ligações: uma dupla (4 e⁻) + uma simples (2 e⁻) = 6 e⁻;
- Oxigênios: duplo-bond O tem 2 pares = 4 e⁻; simples-bond O tem 3 pares = 6 e⁻;
- Restam
e⁻ para colocar no cloro → dois pares no .
Tudo fechado; esta é uma estrutura válida.
Passo 8
Calcular cargas formais para essa estrutura com uma dupla e uma simples:
Use a mesma fórmula .
Use a mesma fórmula
- Oxigênio com ligação dupla:
-
, -
(2 pares), -
(ligação dupla = 4 elétrons).
- Oxigênio com ligação simples:
-
, -
(3 pares), -
.
- Cloro:
-
, -
(2 pares no ), -
(uma ligação dupla = 4 elétrons + uma simples = 2 elétrons, total elétrons de ligação).
Soma das cargas:
, que é a carga total do íon. Essa distribuição é melhor do que a anterior no sentido de ter menos separação de cargas (apenas um oxigênio carrega
, cloro neutro) e coloca a carga negativa em oxigênio (mais eletronegativo) — portanto é uma estrutura mais favorável.
Passo 9
Ressonância: os dois oxigênios são idênticos em química do íon (indistinguíveis). Logo existem duas estruturas de Lewis equivalentes de ressonância:
- Uma em que o oxigênio da esquerda faz dupla ligação e o da direita é simples com carga
. - Outra em que o oxigênio da direita faz dupla ligação e o da esquerda é simples com carga
.
No híbrido de ressonância a carga negativa está deslocalizada sobre os dois oxigênios; cada oxigênio tem, no híbrido, carga formal intermediária (aproximadamente
em termos do híbrido), e as ligações
têm caráter intermediário entre simples e dupla.
Nota adicional (opcional mas útil para prova): existe também uma representação com duas duplas
e carga formal
no cloro (i.e.,
e ambos
neutros). Essa forma respeita contagem de elétrons mas é energeticamente menos favorecida porque coloca carga negativa no cloro (menos eletronegativo) em vez do oxigênio. Portanto ela contribui pouco para o híbrido de ressonância.
Passo 10
Resumo final preparado para conferência: as estruturas principais de Lewis são duas formas de ressonância equivalentes em que o cloro está ligado a um oxigênio por ligação dupla (oxigênio neutro) e ao outro por ligação simples (oxigênio com carga formal
). O cloro tem carga formal
em essas estruturas, os oxigênios têm
(o que é duplamente ligado) e
(o que está ligado simples). No híbrido de ressonância a carga negativa está deslocalizada sobre os dois oxigênios.
Resposta
Estruturas de ressonância principais:
e
.
Cargas formais (em cada uma das estruturas mostradas):
,
,
.