Escreva as estruturas eletrônicas de Lewis para:
\mathrm{FCO}_{2}{ }^{-}
Quando mais do que uma estrutura de ressonância for importante, dê exemplos para todas as contribuições principais.

Passo 1

O enunciado pede que eu escreva as estruturas de Lewis para o íon \mathrm{FCO}_{2}^{-}.
Informações dadas (e que vou usar):
  • Átomos presentes: um flúor \mathrm{F}, um carbono \mathrm{C} e dois oxigênios \mathrm{O}.
  • Carga total da espécie: -1.
  • Solicitação explícita: se houver mais de uma estrutura de ressonância importante, mostrar todas as contribuições principais.

Passo 2

Contagem de elétrons de valência (passo fundamental antes de desenhar a estrutura). Vou explicar como contar: cada átomo contribui com seus elétrons de valência (os elétrons na camada externa que participam de ligações). Some esses valores e acrescente (ou subtraia) elétrons para a carga total.
  • \mathrm{F} tem 7 elétrons de valência.
  • \mathrm{C} tem 4 elétrons de valência.
  • Cada \mathrm{O} tem 6 elétrons de valência, então dois \mathrm{O} dão 2\cdot 6=12.
  • A carga -1 significa 1 elétron extra.
Somando:
7 + 4 + 12 + 1 = 24
Portanto temos \,24 elétrons de valência para distribuir (equivalente a 12 pares de elétrons).

Passo 3

Escolha do esqueleto (quem fica no centro). Regra prática: o átomo menos eletronegativo e capaz de fazer várias ligações costuma ficar no centro. Aqui \mathrm{C} é o candidato natural para o centro (o flúor e oxigênios normalmente ficam na periferia). Então o esqueleto provável é:
\mathrm{F} - \mathrm{C} - \mathrm{O} \quad\text{e}\quad \mathrm{C} - \mathrm{O}
ou seja, \mathrm{F} ligado a \mathrm{C} e os dois \mathrm{O} ligados ao mesmo \mathrm{C}.

Passo 4

Distribuição inicial de elétrons: coloco ligações simples entre \mathrm{C} e cada vizinho (cada ligação usa 2 elétrons). Temos três ligações (C–F, C–O, C–O), que usam 3\times 2=6 elétrons. Restam:
24 - 6 = 18\\ \text{elétrons} \quad(\text{ou }9\\ \text{pares})é
Distribuo primeiro pares como elétrons não ligantes (pares solitários) nos átomos periféricos (F e Os) para completar octetos quando possível.
  • Colocando pares em \mathrm{F}: \mathrm{F} precisa de 8 elétrons para octeto; já tem 2 na ligação C–F, então lhe coloco 6 elétrons não ligantes ( 3 pares). Gasta 6 dos 18, restam 12.
  • Para cada \mathrm{O} inicialmente com ligação simples a \mathrm{C}, coloco 6 elétrons não ligantes ( 3 pares) para completar seus octetos individuais: cada \mathrm{O} consome 6 elétrons. Se eu fizer isso para os dois \mathrm{O}, seriam 12 elétrons, que cabem justamente nos elétrons restantes. Então após distribuir, cada oxigênio teria 3 pares solitários e uma ligação simples ao C.
Agora verifiquemos octetos: \mathrm{F} tem 8 (ok), cada \mathrm{O} teria 8 (ok), mas \mathrm{C} com três ligações simples tem apenas 6 elétrons ao redor (insuficiente para o octeto). Portanto a configuração com todas ligações simples deixa o carbono deficiente.

Passo 5

Aplicando a regra do octeto e considerando ressonância: para dar octeto ao \mathrm{C} precisamos transformar um par solitário de um \mathrm{O} em uma ligação dupla \mathrm{C}=\mathrm{O}. Isso vai reduzir a carga localizada e geralmente gera estruturas de ressonância onde a carga negativa se delocaliza entre os oxigênios. Antes de desenhar as ressonâncias, vou calcular as cargas formais para entender quais estruturas são melhores.
Fórmula útil para carga formal (vou explicar o que é cada termo):
\text{carga formal (CF)} = V - N - \frac{B}{2}
onde \,V é o número de elétrons de valência do átomo isolado, \,N é o número de elétrons não ligantes (pares isolados) no átomo na estrutura, e \,B é o número total de elétrons compartilhados nas ligações desse átomo (número de elétrons nas ligações; por exemplo, uma ligação simples contribui com 2 elétrons para B).
Vou calcular a CF para a estrutura onde uma das \mathrm{O} forma dupla ligação com \mathrm{C} e a outra \mathrm{O} fica com ligação simples (essa é uma das contribuições de ressonância):
Considere a estrutura
\mathrm{F}-\mathrm{C}(=\mathrm{O})-\mathrm{O}^{-}
contando elétrons assim:
  • Para \mathrm{F}: V=7, N=6 (três pares) e B=2 (uma ligação simples). Então
\text{CF}(\mathrm{F}) = 7 - 6 - \tfrac{2}{2} = 7 - 6 - 1 = 0.
  • Para \mathrm{C}: V=4, N=0, B=8 (uma ligação simples com \mathrm{F}, uma dupla com um \mathrm{O} que conta 4 elétrons, e uma simples com o outro \mathrm{O}; total 2+4+2=8). Então
\text{CF}(\mathrm{C}) = 4 - 0 - \tfrac{8}{2} = 4 - 4 = 0.
  • Para o oxigênio ligado por dupla ( \mathrm{O}=\mathrm{C}): V=6, N=4 (dois pares) e B=4. Então
\text{CF}(\mathrm{O}_{\text{dupla}}) = 6 - 4 - \tfrac{4}{2} = 6 - 4 - 2 = 0.
  • Para o oxigênio com ligação simples ( \mathrm{O}^{-}): V=6, N=6 (três pares) e B=2. Então
\text{CF}(\mathrm{O}_{\text{simples}}) = 6 - 6 - \tfrac{2}{2} = 6 - 6 -1 = -1.
Somando as cargas formais: 0 + 0 + 0 + (-1) = -1, que coincide com a carga total do íon. Essa estrutura tem carbono e flúor neutros e a carga negativa localizada no oxigênio simples — é uma boa estrutura.

Passo 6

Como os dois oxigênios são semelhantes (ambos ligados ao mesmo carbono), há outra estrutura equivalente onde a dupla ligação fica no outro oxigênio. Essas duas estruturas diferem apenas da posição da dupla ligação e da localização da carga negativa; elas são contribuições de ressonância igualmente importantes (mesmo tipo que no íon formiato \mathrm{HCO}_2^{-}).
Vou escrever explicitamente as duas contribuições principais de ressonância (colocando a carga e indicando os pares solitários nos oxigênios e no flúor conceptualmente):
  1. Dupla no oxigênio à direita:
[\;\mathrm{F}-\mathrm{C}(=\mathrm{O})-\mathrm{O}^{-}\;]
onde o \mathrm{O} duplamente ligado tem dois pares solitários e o \mathrm{O}^{-} tem três pares solitários; \mathrm{F} tem três pares solitários. A carga total no colchete é -1.
  1. Dupla no oxigênio à esquerda:
[\;\mathrm{F}-\mathrm{C}-\mathrm{O}(=\mathrm{O})^{-}\;]
(a mesma ideia, espelhada; novamente a carga total é -1).
Ambas as estruturas fazem com que o \mathrm{C} obedeça ao octeto e resultam em cargas formais mais razoáveis (carvão neutro, flúor neutro, carga negativa localizada num oxigênio). Elas são as principais contribuições de ressonância; o híbrido de ressonância delocaliza a carga negativa sobre os dois oxigênios — isso explica por que os comprimentos de ligação \mathrm{C}-\mathrm{O} observados experimentalmente ficam entre simples e dupla.

Passo 7

Observação sobre outras possíveis estruturas: poderíamos tentar colocar a carga negativa no flúor ou formar ligações \mathrm{C}=\mathrm{F} mais fortes, mas isso é desfavorável por dois motivos pedagógicos importantes:
  • \mathrm{F} é muito eletronegativo e raramente suporta carga negativa estabilizada como em um anião ligado ao carbono (além disso, estruturas que colocam carga negativa no átomo menos eletronegativo são menos favorecidas).
  • Formar \mathrm{C}=\mathrm{F} e ter dois \mathrm{O} com cargas positivas exigiria cargas formais desfavoráveis e violaria a preferência por octeto e distribuição de carga. Portanto essas estruturas são negligenciáveis comparadas às duas que mostrei.

Resposta

[\;\mathrm{F}-\mathrm{C}(=\mathrm{O})-\mathrm{O}^{-}\;]
[\;\mathrm{F}-\mathrm{C}-\mathrm{O}(=\mathrm{O})^{-}\;]

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