Escreva a estrutura de Lewis dos compostos:
,
.( Calcular cargas formais em cada caso)
Passo 1
O enunciado pede que eu escreva as estruturas de Lewis e calcule as cargas formais para as seguintes moléculas neutras:
,
,
,
,
,
.
Informações relevantes dadas: os nomes/fórmulas das moléculas e a exigência de desenhar suas estruturas de Lewis e calcular as cargas formais de cada átomo em cada estrutura. Não há cargas totais externas (todas as moléculas são neutras).
Informações relevantes dadas: os nomes/fórmulas das moléculas e a exigência de desenhar suas estruturas de Lewis e calcular as cargas formais de cada átomo em cada estrutura. Não há cargas totais externas (todas as moléculas são neutras).
Passo 2
Antes de montar cada estrutura, precisamos de duas ferramentas conceituais e uma fórmula prática:
- Regra prática para montar estruturas de Lewis (passos gerais):
- Contar elétrons de valência totais da molécula.
- Escolher o átomo central (geralmente o menos eletronegativo que não seja H).
- Fazer ligações simples entre o átomo central e os ligantes (cada ligação usa 2 elétrons).
- Distribuir os elétrons restantes como pares solitários nos átomos terminais para completar octetos (ou duetos para H).
- Se sobrarem elétrons, colocá-los no átomo central; se o átomo central não tiver octeto, formar ligações múltiplas (duplas/triplas) conforme necessário.
- Lembre: elementos do terceiro período ou mais (como S, P, Cl, Xe) podem expandir o octeto.
- Fórmula da carga formal (para checar e otimizar estruturas):
onde
é a carga formal do átomo,
é o número de elétrons de valência livres do átomo isolado,
é o número de elétrons não ligantes (pares solitários) no átomo na estrutura, e
é o número total de elétrons envolvidos em ligações ao redor do átomo (número de elétrons em ligações, não número de ligações). Frequentemente se usa a versão equivalente mais prática:
pois cada ligação contribui com 1 par (2 elétrons) ao cálculo por metades.
- Lembrete sobre octeto e exceções:
- H quer 2 elétrons (dueto).
- C, N, O, F (período 2) obedecem estritamente ao octeto;
- S, P, Cl, Xe (3º período ou maior) podem ter mais de 8 elétrons ao redor (expansão do octeto) e frequentemente o fazem para reduzir cargas formais.
Agora aplico esse procedimento a cada molécula, passo a passo, calculando elétrons totais, distribuindo e calculando cargas formais.
Passo 3
- Contagem de elétrons de valência:
Total
elétrons de valência.
-
Esqueleto razoável: S central ligado a quatro oxigênios; cada H ligado a um oxigênio (duas unidades OH). Colocamos 4 ligações S–O iniciais (cada ligação usa 2 elétrons): 4×2 = 8 elétrons usados. Restam
elétrons para pares solitários. -
Preencher oxigênios terminais com pares solitários primeiro para completar octetos:
- Se dermos apenas pares solitários para completar octetos em cada O ligados por ligação simples, sobraria pouca margem para o S; normalmente a melhor (e conhecida) representação tem duas ligações duplas S=O e duas ligações simples S–O–H (grupos OH). Isso permite octetos melhores e cargas formais baixas.
- Montagem final (representação padrão):
- Duas O ligadas por duplas:
(cada uma com 2 pares solitários). - Duas O ligadas por simples e também ligadas a H:
(cada O com 2 pares solitários). - S fica com 12 elétrons ao redor (expansão do octeto, permitido).
- Cálculo de cargas formais (usar a fórmula):
- Para S:
, não tem pares solitários, tem 4 ligações (duas duplas contam como 4 ligações efetivas no sentido de pares ligantes): usando a forma prática,
Mas atenção: a forma prática que subtrai “nº de ligações” assume “nº ligações” em sentido de pares ligados — então para S com duas ligações duplas (cada dupla = 2 ligações de par) + duas simples = total de 6 pares? Isso confunde. Use a fórmula direta:
Para S:
,
,
número total de elétrons em ligações ao redor de S =
elétrons, então
- Para cada O dupla (S=O):
, tem 4 elétrons não-ligantes, elétrons na ligação dupla, então
- Para cada O de OH:
, elétrons (dois pares), elétrons (uma ligação S–O e uma O–H), então
- H:
, , elétrons (ligação O–H), logo .
Conclusão: todas as cargas formais são zero na representação com duas S=O e duas S–O–H.
Passo 4
- Contagem de elétrons de valência:
Total
elétrons de valência.
-
Esqueleto: Cl central ligado a quatro oxigênios; H ligado a um desses oxigênios (formando OH). Isso é
. -
Estrutura mais estável (representação comum): três ligações duplas Cl=O e uma ligação simples Cl–O–H. Cl está no 3º período e pode expandir o octeto.
-
Cálculo de cargas formais:
- Cl:
, , elétrons em ligações, então
- O duplo: cada O dupla tem
, , então . - O de OH:
, , (ligação a Cl e a H), . - H:
.
Conclusão: representação com três Cl=O e um Cl–O–H dá cargas formais zero.
Passo 5
- Contagem de elétrons de valência:
Total
elétrons de valência.
-
Esqueleto: N central ligado a três oxigênios; H ligado a um desses oxigênios (formando OH). Esse arranjo lembra
. -
Montagem: N no período 2 não pode expandir octeto, então N precisa ter exatamente 8 elétrons ao redor. A configuração estável é:
- uma
(dupla), - uma ligação
(oxigênio com carga formal ), - uma ligação
(o oxigênio do grupo OH).
Assim N fica com uma dupla (4 elétrons) + duas simples (2+2) = 8 elétrons — octeto satisfeito.
- Cálculo de cargas formais:
- N:
, , elétrons em ligações, então
- O na dupla:
, , elétrons → . - O do OH:
, , → . - O ligado como
: , (três pares), → . - H: FC = 0.
Observação de ressonância: a carga negativa está efetivamente deslocalizada entre as duas oxygens não protonadas quando a molécula perde um próton (NO3^-), mas na
neutra há uma estrutura importante com
e
que exibe ressonância entre as duas O terminais equivalentes (não a que tem H). Portanto a representação canônica útil é
.
Passo 6
- Contagem de elétrons de valência:
Total
elétrons.
-
Esqueleto: P central ligado a quatro oxigênios; três desses oxigênios também ligados a H (três OH) e um O ligado por dupla a P (P=O). P está no 3º período e pode expandir octeto.
-
Estrutura usual:
. -
Cálculo de cargas formais:
- P:
, , elétrons em ligações, logo
- O duplo: FC = 0 (mesmo cálculo que outros óxidos duplos).
- Cada O de OH: FC = 0.
- Cada H: FC = 0.
Portanto todas as cargas formais zero na representação usual.
Passo 7
- Contagem de elétrons de valência:
Total
elétrons de valência.
-
Esqueleto: S central ligado a dois O e a dois Cl (total 4 ligantes). O arranjo comumente aceito é S com duas duplas S=O e duas simples S–Cl (Cl tem 3 pares solitários cada).
-
Cálculo de cargas formais:
- S:
, , elétrons em ligações, então
- Cada O dupla: FC = 0.
- Cada Cl (ligado por simples):
, , então
Estrutura com todas cargas formais zero e S com expansão de octeto (12 elétrons ao redor).
Passo 8
- Contagem de elétrons de valência:
Total
elétrons de valência.
-
Esqueleto: Xe central ligado a três O. Xenônio é do 5º período e pode expandir seu octeto; porém uma representação útil que minimiza cargas formais é: três duplas Xe=O e um par solitário em Xe. Assim Xe tem 3 duplas (3×4 = 12 elétrons de ligação) + 2 elétrons não-ligantes = 14 elétrons ao redor (expansão permitida).
-
Cálculo de cargas formais:
- Xe:
, (um par), elétrons (três duplas), então
- Cada O dupla: como antes, FC = 0.
Observação estrutural: geometria aproximadamente piramidal trigonal (três Xe=O em torno do átomo Xe com um par solitário).
Passo 9
- Em
há ressonância entre as posições em que o poderia estar (as estruturas canônicas trocam o elétron entre as duas oxygens que não estão protonadas). Por isso é comum representar a estrutura como e indicar ressonância. - Em
, , , e as representações que mostrei minimizam cargas formais (muitas vezes deixando todas as cargas formais iguais a zero) e são as representações canônicas mais empregadas.