Escreva a estrutura de Lewis para cada um dos seguintes compostos, considerando que os octetos devem ficar completos. Se ocorrer ressonância, escreva todas as formas ressonantes possíveis.
Passo 1
O enunciado pede: “Escreva a estrutura de Lewis para
, considerando que os octetos devem ficar completos. Se ocorrer ressonância, escreva todas as formas ressonantes possíveis.”
Informações dadas (resumindo claramente):
- Temos um átomo central de cério (
) ligado a quatro átomos de oxigênio ( ). - A espécie tem carga total
. - Devemos completar octetos sempre que possível.
- Devemos indicar ressonância se houver.
(A resolução começa nos próximos passos.)
Passo 2
Primeira coisa que vamos lembrar e aplicar: como montar uma estrutura de Lewis — passo a passo prático que usaremos aqui.
- Conte os elétrons de valência totais (regra usual): soma dos elétrons de valência de cada átomo + elétrons extras por carga.
- Faça uma ligação simples entre o átomo central e cada átomo terminal.
- Distribua pares de elétrons para completar os octetos (ou duetos para H) dos átomos terminais primeiro.
- Se sobram elétrons, coloque-os no átomo central; se algum átomo não tiver octeto completo, tente formar ligações múltiplas (duplas/triplas).
- Calcule cargas formais para avaliar qual arranjo é mais razoável.
Vou aplicar esse procedimento aqui, explicando cada etapa com calma.
Passo 3
Contagem de elétrons de valência (explicando a ideia): normalmente somamos os elétrons de valência de cada átomo. Para elementos de transição ou lantanídeos a contagem de valência pode ser ambígua; no entanto, para o propósito de desenhar estruturas de óxidos poliatômicos é comum seguir a ideia prática de que o oxigênio prefere completar seu octeto e que o metal pode aceitar ligações múltiplas ou expandir seu “octeto” (ou seja, ter mais de 8 elétrons ao seu redor). O objetivo é encontrar uma distribuição de pares que satisfaça os oxigênios (com 8 e^- cada) e que resulte na carga total correta.
O que sabemos de forma certa e fixa:
- Cada átomo de oxigênio tem
elétrons de valência. - A espécie tem carga total
, isto é, há 1 elétron adicional além dos elétrons dos átomos neutros. - A prioridade é completar os octetos dos oxigênios, porque oxigênio quase sempre tem 8 elétrons ao redor em óxidos estáveis.
Portanto, vamos focar em garantir que cada
tenha 8 elétrons (contando elétrons de ligação).
Passo 4
Esboço inicial de ligações: ligamos o
aos quatro
com ligações simples (passo padrão).
- Desenho inicial:
em quatro direções (geometricamente espera-se um arranjo tetraédrico, mas aqui só nos preocupamos com elétrons).
Agora, complete os octetos dos oxigênios colocando pares de elétrons não ligantes nos oxigênios. Cada
ligado por ligação simples precisa de três pares não ligantes (3×2 = 6 elétrons) para completar seu octeto (6 não ligantes + 1 ligação = 8 elétrons). Se fizermos isso para os quatro
, cada
terá carga formal
(porque 6-(6+1) = -1 usando a fórmula de carga formal).
Se colocarmos apenas ligações simples e completarmos octetos dos quatro
com três pares cada, a soma das cargas formais ficaria grande e negativa (quatro vezes
nas oxigênios), o que não condiz com a carga total
. Por isso precisamos considerar a possibilidade de formar ligações múltiplas (duplas) entre
e alguns
, que reduz as cargas negativas nos oxigênios.
Passo 5
Estratégia para reduzir cargas formais: converter pares não ligantes em pares de ligação (formar ligações duplas
). Cada vez que transformamos um par não ligante do oxigênio em uma segunda ligação com o Ce (passamos de
single-bond para
com duas ligações), a carga formal do oxigênio vai de
para
. Isso ajuda a chegar à carga total correta.
Objetivo prático: queremos que a soma das cargas formais seja
. Uma maneira simples e simétrica de conseguir isso, que também completa os octetos dos oxigênios, é formar quatro ligações duplas
, uma para cada oxigênio. Vamos examinar esse arranjo.
Passo 6
Desenho candidato: quatro ligações duplas, uma entre
e cada
.
O esqueleto eletrônico fica assim (descrição textual sendo convertida em ideia de Lewis):
- Cada
faz uma ligação dupla com e dispõe de dois pares de elétrons não ligantes (ou seja, 4 elétrons não ligantes = 2 pares); assim cada tem 8 elétrons no total (4 não ligantes + 4 compartilhados nas duas ligações). - O
fica ligado a quatro oxigênios por ligações duplas (total de 8 elétrons em ligações ao redor do cério).
Agora vamos checar se os octetos dos oxigênios estão completos e se a carga total bate com
.
Passo 7
Verificação dos octetos e cálculo intuitivo de cargas formais:
- Cada oxigênio duplamente ligado: tem 2 pares não ligantes (4 elétrons) + 2 pares compartilhados na dupla ligação (4 elétrons) = 8 elétrons → octeto completo. A carga formal de cada oxigênio duplamente ligado é
(pois ; não-ligantes ; ligações contadas como → ). - Para o cério: ao redor dele há 4 ligações duplas = conta-se 8 ligações (se contar duplas como 2 cada) no cálculo de carga formal padrão. A carga formal resultante do cério nessa representação é tal que a soma com as cargas formais dos oxigênios dá
(conservação da carga total). Em termos práticos de Lewis, esse arranjo coloca a carga negativa total na espécie onde é esperável que exista alta valência do metal e oxigênios neutros nas duplas.
Observação didática: para muitos íons tipo
(como
, permanganato), a representação útil e simples é com quatro ligações duplas
porque completa octetos dos oxigênios e descreve bem a distribuição eletrônica — mesmo que a contagem exata de elétrons de valência do metal seja complicada para elementos de transição e lantanídeos. O resultado prático é um centro metálico em alto estado de oxidação ligado a quatro oxigênios, cada um com octeto completo.
Passo 8
Ressonância: existe ressonância neste arranjo?
- No caso em que todas as quatro ligações
são duplas e equivalentes, o desenho é totalmente simétrico e não há uma série de formas ressonantes com diferentes localizações das duplas — todas as quatro ligações são equivalentes de imediato. - Em outras situações (por exemplo, aproximando a contagem de elétrons por uma abordagem diferente), poderíamos desenhar formas com ligações simples e duplas alternadas e então falar em ressonância (delocalização da carga negativa entre os oxigênios). Mas a representação mais direta e que satisfaz os octetos dos oxigênios é o esquema com quatro duplas equivalentes.
Portanto, a forma mais simples, simétrica e didaticamente adequada para
é representar o cério unido por quatro ligações duplas aos quatro oxigênios, cada oxigênio com dois pares não ligantes, totalizando carga
. Não há múltiplas formas ressonantes distintas a listar nesse esquema porque a estrutura é já totalmente simétrica (todas as ligações equivalentes).
Passo 9
Resumo final da construção (como desenhar na prova):
- Desenhe
no centro. - Desenhe quatro ligações duplas saindo do
, cada uma para um . - Em cada
desenhe dois pares de elétrons não ligantes (dois pares = quatro elétrons). - Indique a carga total da espécie como
.
Interpretação das cargas formais (para compreensão): cada oxigênio duplamente ligado fica com carga formal
; a carga total
da molécula está associada ao conjunto (no modelo de Lewis simples o metal termina com uma carga formal que acomoda a diferença), mas para a intenção da questão (octetos completos e representação de ressonância) o desenho com quatro duplas é aceitável e mostra corretamente os octetos dos oxigênios.