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.
\mathrm{CeO}_{4}{ }^{-}

Passo 1

O enunciado pede: “Escreva a estrutura de Lewis para \mathrm{CeO}_{4}^{-}, considerando que os octetos devem ficar completos. Se ocorrer ressonância, escreva todas as formas ressonantes possíveis.”
Informações dadas (resumindo claramente):
\text{Fórmula: }\mathrm{CeO}_{4}^{-}ó
  • Temos um átomo central de cério ( \mathrm{Ce}) ligado a quatro átomos de oxigênio ( \mathrm{O}).
  • A espécie tem carga total -1.
  • 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 \;6 elétrons de valência.
  • A espécie tem carga total -1, 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 \mathrm{O} tenha 8 elétrons (contando elétrons de ligação).

Passo 4

Esboço inicial de ligações: ligamos o \mathrm{Ce} aos quatro \mathrm{O} com ligações simples (passo padrão).
  • Desenho inicial: \mathrm{O}-\mathrm{Ce}-\mathrm{O} 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 \mathrm{O} 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 \mathrm{O}, cada \mathrm{O} terá carga formal -1 (porque 6-(6+1) = -1 usando a fórmula de carga formal).
Se colocarmos apenas ligações simples e completarmos octetos dos quatro \mathrm{O} com três pares cada, a soma das cargas formais ficaria grande e negativa (quatro vezes -1 nas oxigênios), o que não condiz com a carga total -1. Por isso precisamos considerar a possibilidade de formar ligações múltiplas (duplas) entre \mathrm{Ce} e alguns \mathrm{O}, 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 \mathrm{Ce}=\mathrm{O}). Cada vez que transformamos um par não ligante do oxigênio em uma segunda ligação com o Ce (passamos de \mathrm{O}^{-} single-bond para \mathrm{O}= com duas ligações), a carga formal do oxigênio vai de -1 para 0. Isso ajuda a chegar à carga total correta.
Objetivo prático: queremos que a soma das cargas formais seja -1. Uma maneira simples e simétrica de conseguir isso, que também completa os octetos dos oxigênios, é formar quatro ligações duplas \mathrm{Ce}=\mathrm{O}, uma para cada oxigênio. Vamos examinar esse arranjo.

Passo 6

Desenho candidato: quatro ligações duplas, uma entre \mathrm{Ce} e cada \mathrm{O}.
O esqueleto eletrônico fica assim (descrição textual sendo convertida em ideia de Lewis):
  • Cada \mathrm{O} faz uma ligação dupla com \mathrm{Ce} e dispõe de dois pares de elétrons não ligantes (ou seja, 4 elétrons não ligantes = 2 pares); assim cada \mathrm{O} tem 8 elétrons no total (4 não ligantes + 4 compartilhados nas duas ligações).
  • O \mathrm{Ce} 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 -1.

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 0 (pois V=6; não-ligantes =4; ligações contadas como 2 6-(4+2)=0).
  • 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 -1 (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 \mathrm{MO}_4^{-} (como \mathrm{MnO}_4^{-}, permanganato), a representação útil e simples é com quatro ligações duplas \mathrm{M}=\mathrm{O} 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 \mathrm{Ce}=\mathrm{O} 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 \mathrm{CeO}_{4}^{-} é representar o cério unido por quatro ligações duplas aos quatro oxigênios, cada oxigênio com dois pares não ligantes, totalizando carga -1. 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 \mathrm{Ce} no centro.
  • Desenhe quatro ligações duplas saindo do \mathrm{Ce}, cada uma para um \mathrm{O}.
  • Em cada \mathrm{O} desenhe dois pares de elétrons não ligantes (dois pares = quatro elétrons).
  • Indique a carga total da espécie como -1.
Interpretação das cargas formais (para compreensão): cada oxigênio duplamente ligado fica com carga formal 0; a carga total -1 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.

Resposta

\displaystyle Estrutura de Lewis: \mathrm{Ce} central ligado a quatro átomos de \mathrm{O} por ligações duplas (\mathrm{O}=\mathrm{Ce}=\mathrm{O} em quatro direções), com cada \mathrm{O} apresentando dois pares de elétrons não ligantes, e carga total da espécie igual a -1. (Estrutura simétrica com as quatro ligações \mathrm{Ce}=\mathrm{O} equivalentes; não é necessário listar formas ressonantes adicionais.)

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