Escreva a estrutura de Lewis para os seguintes átomos e íons.
\mathrm{SO}_{4}-

Passo 1

O enunciado pede: escrever a estrutura de Lewis do íon \mathrm{SO_{4}^{-}}.
Informações fornecidas:
  • Átomos presentes: um enxofre ( \mathrm{S}) e quatro oxigênios ( \mathrm{O}).
  • Carga total do íon: -1 (um elétron extra).
  • Não há figura adicional: devemos construir a estrutura a partir dessas informações.

Passo 2

Contagem do número total de elétrons de valência (passo obrigatório para toda estrutura de Lewis).
  • Enxofre: \;6 elétrons de valência.
  • Cada oxigênio: \;6 elétrons de valência, e há quatro oxigênios \Rightarrow 4\cdot 6=24.
  • Carga total -1 significa 1 elétron extra.
Somando:
6 + 24 + 1 = 31\\ \text{elétrons de valência}éê
Portanto, temos \;31 elétrons para distribuir na estrutura de Lewis de \mathrm{SO_{4}^{-}}.

Passo 3

Escolha do esqueleto (ligação entre os átomos, sem distribuir elétrons ainda).
  • Regra prática: o átomo menos eletronegativo e com maior capacidade de ligação costuma ser o central. Aqui escolhemos \mathrm{S} como átomo central e os quatro \mathrm{O} ao redor.
  • Esqueleto inicial: quatro ligações simples \mathrm{S}-\mathrm{O}.
Não fizemos ainda pares de elétrons não ligantes; só fixamos as quatro ligações S–O.

Passo 4

Colocando os elétrons das ligações e distribuindo os elétrons restantes tentando completar octetos (prioridade: átomos externos primeiro).
  • Elétrons usados nas 4 ligações simples: 4\times 2 = 8 elétrons.
  • Elétrons restantes: 31 - 8 = 23 elétrons para distribuir como pares não ligantes.
Procedimento usual: completar primeiro os octetos dos oxigênios (átomos externos). Cada oxigênio ligado por ligação simples precisa de 6 elétrons não ligantes (3 pares) para completar o octeto.
  • Se atribuirmos 6 elétrons a cada um dos quatro oxigênios precisaríamos de 4\cdot 6 = 24 elétrons, mas só temos 23. Logo, não há elétron suficiente para dar 3 pares a todos os quatro oxigênios.
  • Resultado prático: três oxigênios podem receber 3 pares cada ( 3\cdot 6=18), sobrando 23-18=5 elétrons para o quarto oxigênio. Esses 5 resultarão em dois pares completos (4 elétrons) mais um elétron desemparelhado no quarto oxigênio.
Conclusão desse passo: com ligações simples, teremos três \mathrm{O} com três pares (octeto completo), e um \mathrm{O} com um elétron desemparelhado (octeto incompleto por 1 elétron). Isso indica que a espécie é um radical (elétron ímpar total) — coerente com 31 elétrons.

Passo 5

Cálculo das cargas formais na configuração com apenas ligações simples (antes de formar ligações duplas), para avaliar se podemos melhorar a distribuição:
Fórmula da carga formal usada sempre que necessário:
\text{carga formal} = V - \bigl(N_{\text{l}}\;+\;\tfrac{1}{2}N_{\text{b}}\bigr)
onde V = elétrons de valência do átomo isolado, N_{\text{l}} = elétrons não-ligantes atribuídos ao átomo, N_{\text{b}} = elétrons em ligações envolvendo o átomo.
Na configuração só com ligações simples:
  • Cada um dos três oxigênios com 3 pares: V=6,\\ N_{\text{l}}=6,\\ N_{\text{b}}=2\Rightarrow carga formal =6-(6+\tfrac{1}{2}\cdot 2)=6-(6+1)=-1.
  • O oxigênio com 5 elétrons não-ligantes (dois pares + 1 elétron desemparelhado): V=6,\\ N_{\text{l}}=5,\\ N_{\text{b}}=2\Rightarrow carga formal =6-(5+1)=0.
  • Enxofre com quatro ligações simples: V=6,\\ N_{\text{l}}=0,\\ N_{\text{b}}=8\Rightarrow carga formal =6-(0+\tfrac{1}{2}\cdot 8)=6-4=+2.
Somando cargas formais: 3\cdot(-1) + 0 + (+2) = -1 — a carga total está correta, mas há cargas formais grandes (+2 no S e -1 em três O), o que é energeticamente desfavorável. Portanto, faz sentido tentar reduzir as cargas formais formando ligações múltiplas (duplas) entre S e alguns O, usando pares não-ligantes dos oxigênios.

Passo 6

Redução de cargas formais formando ligações duplas: raciocínio e escolha final.
  • Cada vez que um oxigênio que tem pares não-ligantes forma uma ligação dupla com o enxofre, a carga formal do oxigênio diminui (tende a 0) e a carga formal do enxofre diminui também (reduzindo o +2).
  • Podemos formar ligações duplas até equilibrar melhor as cargas. Com o número ímpar total de elétrons (31), a melhor distribuição minimizando cargas formais e obedecendo a contagem de elétrons leva a uma estrutura em que há três ligações duplas e uma ligação simples com um elétron desemparelhado no oxigênio ligado por simples.
Verificação da contagem de elétrons nessa estrutura proposta:
  • Elétrons em ligações: 3 ligações duplas \Rightarrow 3\times 4 = 12 elétrons, mais 1 ligação simples \Rightarrow 2 elétrons; total em ligações =14.
  • Elétrons restantes para pares não-ligantes: 31 - 14 = 17.
  • Distribuição dos 17 elétrons como pares não-ligantes: cada oxigênio ligado por dupla recebe 2 pares = 3\times 4 = 12 elétrons; sobra 17-12 = 5 elétrons para o oxigênio ligado por simples — isto é, dois pares (4 elétrons) + um elétron desemparelhado (1 elétron). Tudo casa com a contagem anterior.
Agora as cargas formais nessa estrutura (3 duplas + 1 simples com radical):
  • Oxigênios ligados por dupla: V=6,\\ N_{\text{l}}=4,\\ N_{\text{b}}=4 \Rightarrow carga formal =6-(4+\tfrac{1}{2}\cdot 4)=6-(4+2)=0.
  • Oxigênio ligado por simples com 5 elétrons não-ligantes (dois pares + 1 elétron): V=6,\\ N_{\text{l}}=5,\\ N_{\text{b}}=2 \Rightarrow carga formal =6-(5+1)=0.
  • Enxofre: V=6,\\ N_{\text{l}}=0,\\ N_{\text{b}}=14 \Rightarrow carga formal =6-(0+\tfrac{1}{2}\cdot 14)=6-7=-1.
Soma das cargas formais: 3\cdot 0 + 0 + (-1) = -1, que corresponde à carga total do íon. Essa distribuição tem cargas formais muito menores (somente -1 no enxofre) e é energeticamente mais favorável.

Passo 7

Ressonância e localização do elétron desemparelhado.
  • A estrutura com três ligações duplas e uma simples pode ser escrita de quatro maneiras equivalentes: qualquer um dos quatro oxigênios pode ser o que está ligado por simples (o que carrega o elétron desemparelhado localmente).
  • Portanto, existem quatro estruturas de ressonância equivalentes. Na realidade, o elétron extra (e a carga negativa parcial) está deslocalizado sobre todo o conjunto mediante ressonância.
  • Observação prática para a prova: você pode desenhar apenas uma das quatro formas, indicando que há 4 formas de ressonância equivalentes (ou desenhar todas quatro se pedir explicitamente).

Passo 8

Descrição explícita da estrutura de Lewis (uma das formas de ressonância):
  • Enxofre central com três ligações duplas \mathrm{S}=\mathrm{O} (cada um desses oxigênios tem dois pares de elétrons não-ligantes) e uma ligação simples \mathrm{S}-\mathrm{O} onde esse oxigênio apresenta dois pares de elétrons não-ligantes e mais um elétron desemparelhado (representado como um ponto \cdot).
  • Carga formal resultante: \mathrm{S} possui carga formal -1; cada oxigênio tem carga formal 0.
  • Existem quatro estruturas de ressonância equivalentes, trocando qual oxigênio é o que tem a ligação simples com o elétron desemparelhado.

Resposta

Quatro estruturas de ressonância equivalentes: em cada estrutura, três ligações \mathrm{S}=\mathrm{O} (cada \mathrm{O} com dois pares de elétrons), uma ligação \mathrm{S}-\mathrm{O} em que esse oxigênio tem dois pares de elétrons e um elétron desemparelhado ( \cdot); carga formal total -1 (carga formal do \mathrm{S} em cada forma =-1, oxigênios com carga formal 0).

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