Escreva a estrutura de Lewis para No caso em que houver mais que uma estrutura de ressonância importante, dê todas as suas contribuições. Determine a geometria do átomo central usando a teoria RPECV.
Passo 1
O enunciado pede duas coisas claras:
- Escrever a(s) estrutura(s) de Lewis para o íon
. Se existirem várias estruturas de ressonância importantes, dar todas as contribuições. - Determinar a geometria do átomo central usando a teoria RPECV (VSEPR).
Dados fornecidos explicitamente:
- Espécie química:
.
O que eu vou precisar contar/usar (lista de informações relevantes que o enunciado dá ou implica):
- Número de elétrons de valência de
e de cada . - A carga total do íon (uma carga negativa) que altera o total de elétrons de valência disponíveis.
- Montar a estrutura de Lewis (ligações + pares isolados) e checar octetos e cargas formais.
- Aplicar a regra RPECV contando domínios eletrônicos ao redor do átomo central (
).
Passo 2
Contagem do total de elétrons de valência (passo fundamental para a estrutura de Lewis).
- Elétrons de valência de
: ) (alumínio está no grupo 13). - Elétrons de valência de cada
: ). Com quatro temos ). - Carga do íon:
significa que há ) elétron adicional.
Somando tudo:
Portanto temos
) elétrons para distribuir na estrutura de Lewis.
Passo 3
Montagem do esqueleto da molécula (decidir o átomo central e as ligações iniciais).
- Normalmente o átomo menos eletronegativo (aqui
) fica no centro. Então o esqueleto é no centro ligado aos quatro ao redor. - Começo com ligações simples
para cada um dos quatro cloros. - Cada ligação simples usa ) elétrons, logo as quatro ligações usam:
- Subtraindo do total: ) elétrons restantes para colocar como pares isolados.
Passo 4
Distribuir os pares isolados restantes e checar octetos.
- Cada
ligado por uma ligação simples precisa de mais três pares isolados (ou seja, ) elétrons) para completar o octeto: . - Temos exatamente
) elétrons restantes, então colocamos três pares isolados em cada
. - Não sobram elétrons para o
, portanto ficará sem pares isolados e com quatro ligações simples ao seu redor.
Verificação dos octetos:
- Cada
possui uma ligação (2 elétrons) + três pares isolados (6 elétrons) totalizando ) elétrons → octeto OK. -
tem quatro ligações (total de elétrons ao seu redor) → formalmente alcança o octeto (embora para elementos do grupo 13 o comportamento de octeto seja menos rígido, aqui ele está com ) elétrons ao redor).
Passo 5
Cálculo das cargas formais para avaliar a melhor representação de Lewis.
Fórmula usada (explicar porque): a carga formal de um átomo é dada por
Calcular para cada átomo:
- Para cada
: elétrons de valência , elétrons não-ligantes (três pares), elétrons ligantes (uma ligação).
Logo cada
tem carga formal
.
- Para
: elétrons de valência , elétrons não-ligantes , elétrons ligantes (quatro ligações).
Logo
carrega a carga formal
.
Soma das cargas formais:
, que coincide com a carga total do íon. Isso confirma que a estrutura com quatro ligações simples é eletricamente consistente.
Passo 6
Discussão sobre ressonância: existem outras estruturas contribuindo significativamente?
- A estrutura encontrada (quatro ligações simples
, cada com três pares isolados, com carga formal ) já usa todos os elétrons e dá cargas formais que somam a carga do íon. - Poderia imaginar-se deslocamentos de pares para formar ligações múltiplas
. Porém, ao tentar formar duplas ligações ocorreriam mudanças de cargas formais que tornam o conjunto menos favorável: cloro ao perder um par isolado para formar dupla ganharia carga formal positiva, enquanto alumínio acabaria com carga mais negativa — isso aumenta a separação de cargas e gera estruturas com cargas formais maiores em módulos, menos favoráveis energeticamente. - Além disso, quimicamente
é muito eletronegativo; não é favorável que ele carregue carga positiva em uma contribuição significativa de ressonância. - Portanto, não há contribuições de ressonância importantes: a representação com quatro ligações simples é a contribuição dominante e suficiente para descrever
.
Conclusão sobre ressonância: existe essencialmente uma única estrutura de Lewis relevante (as quatro ligações simples equivalentes entre
e os quatro
— as quatro posições são equivalentes por simetria), sem ressonância significativa que distribua a carga de modo diferente.
Passo 7
Aplicar a teoria RPECV (VSEPR) para determinar a geometria do átomo central.
Explicação rápida e didática da RPECV:
- RPECV diz que os pares de elétrons na camada de valência (pares de ligação e pares isolados) se posicionam ao redor do átomo central de modo a minimizar a repulsão entre eles.
- Cada domínio eletrônico (uma ligação simples, ligação múltipla contada como um domínio, ou um par isolado) conta como um “par” que ocupa região de espaço.
- A geometria eletrônica é definida pelo arranjo dos domínios; a geometria molecular é o arranjo dos átomos (ignorando pares isolados para a forma).
Contagem de domínios em
no nosso caso:
- Pares de ligação ao redor de
= ) (quatro ligações simples). - Pares isolados em
= ).
Com
) domínios e
) pares isolados, a geometria eletrônica e molecular é:
- Tetraédrica, com ângulos de ligação aproximados de ).
Observação prática: a estrutura é simétrica — todos os quatro
são equivalentes — portanto o íon é tetraédrico.
Passo 8
Resumo final e verificação rápida:
- Estrutura de Lewis encontrada usa todos os
) elétrons, dá octetos completos para os
, e resulta em carga formal localizada no . - Não há ressonância significativa que mude essa representação.
- Pela RPECV, com quatro domínios de ligação e nenhum par isolado em
, a geometria é tetraédrica ( ).
Resposta
Estrutura de Lewis:
ligado por quatro ligações simples a quatro
; cada
tem três pares isolados (octeto completo); carga formal
no átomo
.
Geometria do átomo central (RPECV): tetraédrica, ângulos de ligação aproximadamente ).
Geometria do átomo central (RPECV): tetraédrica, ângulos de ligação aproximadamente ).