Escreva as estruturas eletrônicas de Lewis para:
Quando mais do que uma estrutura de ressonância for importante, dê exemplos para todas as contribuições principais.
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
.
Informações dadas (e que vou usar):
Informações dadas (e que vou usar):
- Átomos presentes: um flúor
, um carbono e dois oxigênios . - Carga total da espécie:
. - 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.
-
tem elétrons de valência. -
tem elétrons de valência. - Cada
tem elétrons de valência, então dois dão . - A carga
significa 1 elétron extra.
Somando:
Portanto temos
elétrons de valência para distribuir (equivalente a
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
é o candidato natural para o centro (o flúor e oxigênios normalmente ficam na periferia). Então o esqueleto provável é:
ou seja,
ligado a
e os dois
ligados ao mesmo
.
Passo 4
Distribuição inicial de elétrons: coloco ligações simples entre
e cada vizinho (cada ligação usa
elétrons). Temos três ligações (C–F, C–O, C–O), que usam
elétrons. Restam:
Distribuo primeiro pares como elétrons não ligantes (pares solitários) nos átomos periféricos (F e Os) para completar octetos quando possível.
- Colocando pares em
: precisa de elétrons para octeto; já tem 2 na ligação C–F, então lhe coloco elétrons não ligantes ( pares). Gasta dos , restam . - Para cada
inicialmente com ligação simples a , coloco elétrons não ligantes ( pares) para completar seus octetos individuais: cada consome elétrons. Se eu fizer isso para os dois , seriam 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:
tem 8 (ok), cada
teria 8 (ok), mas
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
precisamos transformar um par solitário de um
em uma ligação dupla
. 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):
onde
é o número de elétrons de valência do átomo isolado,
é o número de elétrons não ligantes (pares isolados) no átomo na estrutura, e
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
).
Vou calcular a CF para a estrutura onde uma das
forma dupla ligação com
e a outra
fica com ligação simples (essa é uma das contribuições de ressonância):
Considere a estrutura
contando elétrons assim:
- Para
: , (três pares) e (uma ligação simples). Então
- Para
: , , (uma ligação simples com , uma dupla com um que conta 4 elétrons, e uma simples com o outro ; total ). Então
- Para o oxigênio ligado por dupla (
): , (dois pares) e . Então
- Para o oxigênio com ligação simples (
): , (três pares) e . Então
Somando as cargas formais:
, 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
).
Vou escrever explicitamente as duas contribuições principais de ressonância (colocando a carga e indicando os pares solitários nos oxigênios e no flúor conceptualmente):
- Dupla no oxigênio à direita:
onde o
duplamente ligado tem dois pares solitários e o
tem três pares solitários;
tem três pares solitários. A carga total no colchete é
.
- Dupla no oxigênio à esquerda:
(a mesma ideia, espelhada; novamente a carga total é
).
Ambas as estruturas fazem com que o
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
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
mais fortes, mas isso é desfavorável por dois motivos pedagógicos importantes:
-
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
e ter dois 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.