Escreva uma estrutura de Lewis para cada um dos seguintes compostos:
(h) \mathrm{H}_{2} \mathrm{CO}_{3}

Passo 1

Enunciado: escrever a estrutura de Lewis para o composto \mathrm{H}_{2}\mathrm{CO}_{3}.
Informações dadas:
\mathrm{H}_{2}\mathrm{CO}_{3} contém os átomos: dois \mathrm{H}, um \mathrm{C} e três \mathrm{O}.
Não há outras informações explícitas (como geometria), então usaremos apenas a fórmula e as regras gerais de estrutura de Lewis (contagem de elétrons, ligação entre átomos, distribuição de pares não ligantes e verificação de octeto/cargas formais).

Passo 2

Contar os elétrons de valência totais (regra básica de estruturas de Lewis).
  • Cada \mathrm{H} tem 1 elétron de valência, então os dois \mathrm{H} dão 2 elétrons.
  • O \mathrm{C} tem 4 elétrons de valência.
  • Cada \mathrm{O} tem 6 elétrons de valência, então três \mathrm{O} dão 18 elétrons.
    Total de elétrons de valência:
2 + 4 + 18 = 24 \text{ elétrons}é

Passo 3

Escolher a conectividade (esqueleto) plausível sem ainda distribuir elétrons.
Regras simples para isso:
  • Átomos de hidrogênio formam sempre 1 ligação (não são centrais).
  • Carbono costuma ser o átomo central em compostos orgânicos, pois faz até 4 ligações.
  • Oxigênios costumam ficar em volta do carbono.
    Dado que temos dois hidrogênios, a conectividade mais sensata é que os dois \mathrm{H} estejam ligados a oxigênios (grupos \mathrm{OH}), e o \mathrm{C} ligado aos três \mathrm{O}. Assim o esqueleto é:
\mathrm{H\!-\!O\!-\!C\!-\!O\!-\!H}
com um terceiro oxigênio ligado ao carbono (formando algo como \mathrm{H-O-C( -O)-O-H}). Em palavras: \mathrm{C} ligado a três \mathrm{O}; dois desses \mathrm{O} carregam cada um um \mathrm{H} (são -\mathrm{OH}).

Passo 4

Colocar ligações simples e subtrair os elétrons usados.
Cada ligação simples usa 2 elétrons.
  • Ligações \mathrm{C-O}: há 3 ligações C–O → 3\times2=6 elétrons.
  • Ligações \mathrm{O-H}: há 2 ligações O–H → 2\times2=4 elétrons.
    Total já usado em ligações simples:
6 + 4 = 10 \text{ elétrons}é
Elétrons restantes para atribuir como pares não ligantes:
24 - 10 = 14 \text{ elétrons}é

Passo 5

Distribuir os elétrons restantes como pares não ligantes, começando pelos átomos mais externos (os oxigênios).
Objetivo: tentar completar o octeto dos átomos externos primeiro.
  • Cada oxigênio que está ligado a \mathrm{H} e ao \mathrm{C} já tem 2 ligações (4 elétrons em ligações), precisa de mais 4 elétrons (2 pares) para completar octeto. São dois oxigênios assim, então precisamos de 2\times4=8 elétrons.
  • O oxigênio que está apenas ligado ao \mathrm{C} por uma ligação simples tem apenas 1 ligação (2 elétrons), precisa de mais 6 elétrons (3 pares) para completar seu octeto.
    Somando:
8 + 6 = 14 \text{ elétrons}é
Isso consome todos os elétrons restantes. Depois dessa distribuição, cada oxigênio terá pares não ligantes suficientes, mas o carbono estará ligado a três oxigênios por ligações simples, ou seja, o carbono teria apenas 6 elétrons ao redor (não completa octeto).

Passo 6

Garantir o octeto do carbono formando ligações múltiplas se necessário.
  • Depois da distribuição anterior o carbono tem apenas 3 ligações simples (6 elétrons) → octeto incompleto.
  • Regra prática: convertemos um par não ligante de um oxigênio adjacente em um par compartilhado (ligação dupla) com o carbono até que o carbono tenha 8 elétrons.
  • O oxigênio que não está ligado a \mathrm{H} (o “oxigênio isolado”) é o candidato natural para formar a ligação dupla com o carbono (isso evita cargas formais e é consistente com estruturas conhecidas de ácidos carboxílicos/carbonatos).
    Assim fazemos uma ligação dupla \mathrm{C=O} entre esse oxigênio e o carbono, convertendo um par de elétrons não ligantes desse oxigênio em par ligante adicional.

Passo 7

Verificar octetos e cargas formais.
Após formar a dupla ligação \mathrm{C=O}:
  • Carbono tem agora 4 pares compartilhados ao todo (uma dupla + duas simples) → 8 elétrons ao redor → octeto satisfeito.
  • Cada oxigênio do tipo \mathrm{OH} tem 2 pares não ligantes + 2 ligações (uma a C e uma a H) → octeto satisfeito.
  • O oxigênio duplamente ligado ( \mathrm{C=O}) tem 2 pares não ligantes + uma ligação dupla → octeto satisfeito.
    Calcular cargas formais (fórmula: carga formal = valência livre − (não-ligantes + 1/2·ligantes)):
  • Para \mathrm{C}: valência 4, recebe metade das 8 elétrons de ligação = 4 → carga formal 4-4=0.
  • Para cada \mathrm{O}: valência 6, não-ligantes 4 elétrons + metade das ligações = total 6 → carga formal 6-6=0.
  • Para cada \mathrm{H}: valência 1, metade da ligação (1) → carga formal 1-1=0.
    Portanto todas as cargas formais são zero — estrutura ótima.

Passo 8

Resumo didático do que aprendemos e como aplicar rápido na prova
  • Conte os elétrons de valência (soma).
  • Faça o esqueleto: H ligados a O, C central ligado aos O.
  • Coloque ligações simples, subtraia elétrons usados.
  • Distribua pares não ligantes nos átomos externos para completar octetos.
  • Se o átomo central não tiver octeto, converta pares não ligantes de átomos vizinhos em ligações duplas/triplas até completar o octeto.
  • Verifique cargas formais; escolha a estrutura com cargas formais mínimas.
    No caso de \mathrm{H}_{2}\mathrm{CO}_{3} seguimos exatamente esses passos e obtivemos uma estrutura sem cargas formais, com um \mathrm{C=O} e dois grupos \mathrm{OH}.

Resposta

\mathrm{H\!-\!O\!-\!C(=O)\!-\!O\!-\!H}
onde o oxigênio da ligação dupla \mathrm{C=O} possui dois pares não ligantes e cada oxigênio dos grupos \mathrm{O-H} possui dois pares não ligantes (todas as cargas formais iguais a 0).

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