Escreva a estrutura de Lewis e determine a geometria molecular de:
Passo 1
O que o enunciado pede:
- Escrever a estrutura de Lewis da molécula
. - Determinar a geometria molecular dessa molécula.
Informações dadas / que vamos usar:
- A molécula é neutra e tem os átomos: um carbono, um oxigênio e dois cloros.
- Precisamos usar as regras de Lewis (contagem de elétrons de valência, regra do octeto, ligar átomos com ligações covalentes) e a teoria VSEPR para a geometria.
- Não há imagens adicionais.
Passo 2
Contagem de elétrons de valência (esses são os elétrons que usamos para montar a estrutura de Lewis).
- Carbono:
elétrons de valência. - Oxigênio:
elétrons de valência. - Cloro:
elétrons de valência, e há dois cloros, então .
Total:
Explicação didática: cada átomo “traz” seus elétrons de valência; somamos para saber quantos pontos (elétrons) temos disponíveis para fazer ligações e colocar pares isolados na estrutura.
Passo 3
Escolha do esqueleto e ligações iniciais:
- Regra prática: o átomo menos eletronegativo entre os não-hidrogênios costuma ser o central. Aqui o carbono fica no centro, ligado ao oxigênio e aos dois cloros.
- Montagem inicial com ligações simples:
Cada ligação simples usa 2 elétrons. Temos 3 ligações iniciais (C–Cl, C–Cl, C–O), então usamos
elétrons.
Eletrões restantes:
Eletrões restantes:
Passo 4
Distribuição dos elétrons restantes para satisfazer a regra do octeto (começando pelos átomos externos, que são os cloros e o oxigênio):
- Cada átomo
precisa de 3 pares de elétrons (6 elétrons) como pares não-ligantes para completar o octeto quando ligado por uma única ligação. - Para os dois cloros:
elétrons usados.
- Para os dois cloros:
- Subtraindo:
elétrons restantes. - Colocamos os 6 elétrons restantes (3 pares) no oxigênio como pares não-ligantes, assumindo inicialmente uma ligação simples C–O.
- Agora o oxigênio teria 3 pares não-ligantes + 1 ligação simples = octeto completo.
- Verificação do carbono: com três ligações simples, o carbono teria apenas 6 elétrons ao redor (insuficiente; precisa de 8).
Para corrigir isso, convertemos um par isolado do oxigênio em uma ligação adicional formando uma dupla ligação C=O. Assim: - Uma das pares do oxigênio é compartilhada com o carbono transformando a ligação C–O simples em C=O.
- Agora o carbono tem 4 ligações (2 simples a Cl e 1 dupla a O → total 8 elétrons) e o oxigênio fica com 2 pares não-ligantes + 2 ligações = octeto completo.
Passo 5
Cálculo de cargas formais para verificar se a estrutura é razoável:
Fórmula da carga formal:
Fórmula da carga formal:
Calcule para cada átomo na estrutura proposta (C ligado duplamente ao O e simples aos dois Cl):
-
Carbono (
): - Elétrons de valência:
4 - Elétrons não-ligantes:
0 - Elétrons em ligações:
8 (dupla = 4 elétrons, duas simples = 2+2)
- Elétrons de valência:
-
Oxigênio (
) com dupla ligação: - Elétrons de valência:
6 - Elétrons não-ligantes:
4 (dois pares) - Elétrons em ligações:
4 (dupla)
- Elétrons de valência:
-
Cada cloro (
): - Elétrons de valência:
7 - Elétrons não-ligantes:
6 (três pares) - Elétrons em ligações:
2 (uma ligação simples)
- Elétrons de valência:
Conclusão deste passo: todas as cargas formais são zero, o que indica que a estrutura com C=O e C–Cl simples é a melhor estrutura de Lewis (estável e sem cargas formais).
Passo 6
Escrevendo a estrutura de Lewis final (descrição e localização dos pares não-ligantes):
- Estrutura com ligações:
. - Pares não-ligantes:
- Cada
tem três pares não-ligantes (três pares de elétrons). - O
tem dois pares não-ligantes (após formar a dupla ligação). - O
não tem pares não-ligantes (todas as suas 4 ligações).
De forma escrita em TeX:
- Cada
Essa é a estrutura de Lewis correta e sem cargas formais.
Passo 7
Determinação da geometria molecular usando VSEPR (explicação didática):
- Contar domínios eletrônicos ao redor do átomo central (
): - Domínio = região de densidade eletrônica (cada ligação simples, dupla ou tripla conta como 1 domínio; pares isolados também contam 1 domínio cada).
- No
temos três domínios: uma ligação dupla C=O (conta como 1 domínio) e duas ligações simples C–Cl (cada uma conta como 1 domínio). - Não há pares isolados no carbono.
- Configuração VSEPR para 3 domínios e 0 pares isolados: geometria eletrônica trigonal planar e geometria molecular também trigonal planar.
- Ângulo de ligação esperado: aproximadamente
.
Explicação curta: a dupla ligação ocupa uma região de densidade como uma ligação simples, então o carbono “vê” três regiões dispostas em torno dele, formando um triângulo plano.
Resposta
Geometria molecular: trigonal planar (ângulos aproximados de