Escreva a estrutura de Lewis de cada um dos seguintes compostos, diga qual é polar ou apolar:
Passo 1
O enunciado pede duas coisas para o íon
:
- Escrever a(s) estrutura(s) de Lewis do íon.
- Dizer se a espécie é polar ou apolar.
Informações importantes fornecidas / que vamos usar:
- Cada átomo de cloro
tem elétrons de valência. - Cada átomo de oxigênio
tem elétrons de valência. - A carga do íon é
, ou seja, há um elétron extra no total. - Portanto, o total de elétrons de valência disponíveis é
Passo 2
Montagem inicial da estrutura de Lewis (passo a passo prático).
- Coloca-se o átomo menos eletronegativo (aqui
) no centro e os quatro ao redor, ligados por ligações simples. - Cada ligação simples consome
elétrons. Com ligações simples usamos elétrons. - Restam
elétrons. Esses elétrons são colocados como pares isolados nas extremidades (preferencialmente completando o octeto dos oxigênios). - Colocando
pares isolados ( elétrons) em cada oxigênio usamos exatamente elétrons e todos os oxigênios têm octeto completo.
Resultado da montagem inicial: cada oxigênio ligado por uma única ligação tem
pares isolados e cada ligação
é simples.
Passo 3
Verificação de cargas formais na estrutura inicial e introdução do conceito de carga formal.
- Fórmula para carga formal:
onde
é o número de elétrons de valência do átomo isolado,
é o número de elétrons não ligantes (pares isolados) no átomo na estrutura, e
é o número total de elétrons de ligação (em pares contados como elétrons, não como pares) que envolvem esse átomo.
- Para cada oxigênio com ligação simples:
, elétrons (três pares) e elétrons na ligação; assim
- Para o cloro central com 4 ligações simples:
, , (quatro ligações 2 elétrons cada), então
- Soma das cargas formais:
, que coincide com a carga do íon, mas as cargas formais são grandes (valores absolutos grandes) — sinal de que a estrutura pode ser melhorada.
Passo 4
Melhorando a estrutura: redução das cargas formais por formação de ligações múltiplas.
- Podemos converter pares isolados dos oxigênios em pares de ligação (duplas) com o cloro para reduzir cargas formais nos oxigênios e diminuir a energia da estrutura.
- Exemplos de possibilidades e suas cargas formais (resumidamente):
- Mantendo 4 ligações simples:
, cada . - Fazendo 2 ligações duplas e 2 simples:
, dois , dois . - Fazendo 3 ligações duplas e 1 simples:
, três , um . - Fazendo 4 ligações duplas:
, quatro .
- Mantendo 4 ligações simples:
- Critério prático: escolhe-se a(s) estrutura(s) que minimizam a soma dos valores absolutos das cargas formais. As duas últimas opções (3 duplas + 1 simples ou 4 duplas) têm soma de valores absolutos igual a
, que é mínima possível dado que a carga total do íon é .
Passo 5
Ressonância: como representar corretamente
.
- A realidade eletrônica do íon é melhor descrita como um híbrido de ressonância. As representações usuais são:
- Quatro formas de ressonância equivalentes em que o cloro está ligado a três oxigênios por ligações duplas e a um oxigênio por ligação simples; o oxigênio ligado por ligação simples carrega a carga formal
. As quatro formas correspondem a qual dos quatro oxigênios carrega a carga negativa. - Alternativamente pode-se desenhar a forma com quatro duplas (que coloca a carga formal
no cloro), mas o efeito final (evidência experimental de comprimentos de ligação idênticos) é que as quatro ligações são equivalentes por delocalização.
- Quatro formas de ressonância equivalentes em que o cloro está ligado a três oxigênios por ligações duplas e a um oxigênio por ligação simples; o oxigênio ligado por ligação simples carrega a carga formal
- Conclusão prática para a Lewis: escreve-se as estruturas de ressonância (por exemplo, uma estrutura mostrando três ligações duplas e uma simples, com a carga
no oxigênio simples) e indica-se as outras três permutações — o real é o híbrido delas.
Passo 6
Geometria molecular e polaridade (como decidir polar/apolar).
- O número de pares ligados ao átomo central é
e não há pares isolados no cloro na estrutura média; isso gera uma geometria de eletrons com quatro regiões de densidade — geometria tetraédrica (segundo o modelo VSEPR). - Em tetraedro regular com quatro átomos lados idênticos (aqui quatro
equivalentes no híbrido de ressonância), as dipolos das ligações se cancelam por simetria, resultando em momento dipolar líquido zero. - Observação importante: cada ligação
é polar (oxigênio mais eletronegativo), mas a simetria tetraédrica faz com que as contribuições vetoriais se anulem.
Passo 7
Resumo final e interpretação física curta (ânimo!).
- A melhor representação para a prova é escrever as formas de ressonância (por exemplo, desenhar uma com três duplas e uma simples e depois indicar as outras três permutações), explicar que na média as quatro ligações são equivalentes e que a geometria é tetraédrica.
- Por consequência, apesar de ligações polares, o íon
é apolar (momento dipolar líquido devido à simetria).
Resposta
Estruturas de Lewis: híbrido de ressonância formado por quatro estruturas equivalentes em que o
está ligado a três
por ligações duplas e a um
por ligação simples (a carga
aparece em um
diferente em cada estrutura). Geometria: tetraédrica. Polaridade: apolar (não polar).